3D tiskárna pro tavení elektronovým paprskem
Obsah
Přehled 3D tiskárny pro tavení elektronovým paprskem
3D tiskárna pro tavení elektronovým paprskem je aditivní výrobní technologie, která se běžně používá pro 3D tisk kovových dílů. Elektronový paprsek selektivně taví kovový prášek vrstvu po vrstvě na základě modelu CAD a vytváří tak složité geometrie, které jsou při konvenční výrobě nesrovnatelné.
3D tiskárny EBM nabízejí výhody, jako je svoboda designu, hromadné přizpůsobení, snížení množství odpadu a odlehčení. Klíčové aplikace jsou v leteckém, lékařském, zubním a automobilovém průmyslu. Mezi materiály tištěné na systémech EBM patří titan, niklové slitiny, nerezová ocel, hliník a kobalt-chrom.
Typy 3D tiskáren EBM
| Tiskárna | Výrobce | Objem sestavení | Tloušťka vrstvy | Výkon paprsku |
|---|---|---|---|---|
| Arcam EBM Spectra H | Přísady GE | 275 x 275 x 380 mm | 50 μm | 3 kW |
| Arcam Q10plus | Přísady GE | ø350 x 380 mm | 50 μm | 3 kW |
| Arcam Q20plus | Přísady GE | ø350 x 380 mm | 50 μm | 6 kW |
| Sciaky EBAM 300 | Sciaky Inc. | 1500 x 750 x 750 mm | 150 μm | 30-60 kW |
Proces tisku EBM
Proces tisku EBM funguje následovně:
- Kovový prášek je rovnoměrně rozprostřen na konstrukční desku pomocí hrabicového mechanismu.
- Elektronový paprsek selektivně předehřívá kovový prášek na teplotu tání kolem 80%, čímž dochází ke spékání částic.
- Elektronový paprsek provede druhý průchod, při kterém se materiál rychle roztaví podle geometrie vrstvy.
- Sestavovací deska se spustí a na plochu se nanese další vrstva prášku.
- Kroky 2-4 se opakují, dokud není celý díl sestaven z vrstev roztaveného kovu.
Hardwarové součásti tiskárny EBM
Tiskárny EBM obsahují následující hlavní hardwarové komponenty, které umožňují proces tisku:
- Elektronová pistole: Generuje fokusovaný elektronový paprsek, který selektivně taví kovový prášek podle dat CAD zadaných do tiskárny. Elektrony jsou emitovány z katody wolframového vlákna a urychleny na vysokou kinetickou energii. Elektromagnety paprsek zaostřují a vychylují.
- Manipulace s práškem: V zásobnících na prášek je uložena surovina, která je před každou tiskovou vrstvou nahrabána na konstrukční desku. Přebytečný prášek se shromažďuje a prosívá pro další použití.
- Sestavení nádrže: Uzavřená komora, kde dochází k tavení vrstev při vysoké teplotě ve vakuu. Funkce, jako jsou topná tělesa a tepelné štíty, udržují v oblasti sestavování prostředí o teplotě až 1000 °C.
- Řídicí systém: Umožňuje ovládat provozní parametry, jako je rychlost, výkon paprsku, vzory skenování a teplota, prostřednictvím softwaru rozhraní tiskárny. Usnadňuje také načítání modelů CAD.
Materiály pro tisk EBM
| Materiál | Typ | Charakteristika | Aplikace | Dodavatelé | Cena |
|---|---|---|---|---|---|
| Slitiny titanu | Ti-6Al-4V (třída 5), Ti 6Al 4V ELI (Extra Low Interstitial) | Vynikající poměr pevnosti a hmotnosti, biokompatibilita, odolnost proti korozi | Letecké komponenty, lékařské implantáty a přístroje | AP&C, Carpenter Technology | $350-$500 za kg |
| Slitiny niklu | Inconel 718, Inconel 625, Inconel 939 | Pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti korozi a oxidaci | Díly leteckých motorů, zařízení pro výrobu energie | Sandvik | $500-$800 za kg |
| Nerezové oceli | 316L, 17-4PH, 15-5PH, duplexní provedení | Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení | Potravinářské/lékařské přístroje, nástroje, automobilový průmysl | Sandvik, LPW Technology | $90-$350 za kg |
| Kobaltový chrom | CoCrMo | Vynikající únavová pevnost a odolnost proti opotřebení | Zubní náhrady a můstky, lékařské implantáty | Řešení SLM | $270-$520 za kg |
| Hliník | AlSi 10Mg | Nízká hustota, dobrá tepelná vodivost | Letecké konzoly, automobilové díly | AP&C | $95-$150 za kg |
Výhody 3D tisku EBM
| Parametr | Benefit |
|---|---|
| Svoboda designu | Složité geometrie, jako jsou mřížky, vnitřní kanály, jsou tisknutelné. |
| Rychlé prototypování | Iterace vytvořené za několik dní oproti týdnům u tradičních metod |
| Hromadné přizpůsobení | Stejná tiskárna dokáže vyrobit řadu personalizovaných dílů |
| Vysoká hustota | Téměř 100% hustý kov s mechanikou blížící se tradiční výrobě |
| Minimální obrábění | Snížená kvalita dokončovacích prací, protože kvalita tisku je poměrně dobrá. |
| Snížení množství odpadu | Použití pouze požadovaného množství materiálu oproti subtraktivním procesům |
| Konzistentní kvalita | Plně automatizovaný proces umožňuje opakovatelnost v průběhu sestavení |
| Nákladové výhody | Úspory z rozsahu díky konsolidaci nástrojů, montáže a logistiky prostřednictvím konsolidace dílů. |
Omezení tisku EBM
| Nevýhoda | Popis |
|---|---|
| Omezení geometrie | Podporované úhly omezené na 60° přesahy, minimální tloušťka stěny 0,3-0,4 mm. |
| Odstranění prášku | Vnitřní kanály nebo objemy nevystavené vnějšímu vzduchu mohou mít zachycený prášek. |
| Okluze paprsku | Některé konkávní oblasti nebo hluboké vnitřní prvky mohou být pro elektronový paprsek nedostupné. |
| Tepelné namáhání | Rychlé zahřívání/chlazení během zpracování může vyvolat praskání v důsledku tepelných gradientů. |
| Následné zpracování | Pro hladší povrchy nebo přísnější tolerance jsou stále zapotřebí některé sekundární dokončovací operace. |
| Omezení velikosti sestavy | Komponenty větší než rozměry obálky tiskárny nelze vytisknout. |
| Vysoké náklady na vybavení | Tiskárny $500,000+, omezují přijetí menšími firmami a jednotlivými uživateli. |
Rozdělení nákladů
Níže je uvedeno porovnání nákladů na zhotovení 10kobaltových chromovaných zubních kopií na tiskárně Arcam EBM:
| Výdaje | Celkem ($) | Na jednotku ($) |
|---|---|---|
| Odpisy tiskárny | $2,000 | $200 |
| Materiál (CoCrMo prášek) | $1,500 | $150 |
| Práce | $100 | $10 |
| Celkem | $3,600 | $360 |
Naproti tomu externí výroba voskových vzorů + lití do ztraceného vosku pro 10 jednotek by stála $600 na jednotku - EBM tedy nabízí výrazné snížení nákladů na jednotku, zejména při vyšších objemech.
3D tiskárna pro tavení elektronovým paprskem Dodavatelé
Mezi přední výrobce zařízení pro tiskárny EBM a dodavatele kovových práškových materiálů patří:
| Společnost | Umístění sídla | Nabízené modely tiskáren | Podporované materiály |
|---|---|---|---|
| GE aditiva | Kanada | Arcam EBM Spectra, řada Q | Ti-6-4, Inconel, CoCr a další |
| Sciaky Inc. | Spojené státy | Řada EBAM 300 | Slitiny titanu, oceli, hliník |
| Řešení SLM | Německo | N/A | CoCr, nerezová ocel, další |
| Tesařská technologie | Spojené státy | N/A | Ti-6-4, slitiny Inconelu, nerezové oceli |
| Technologie LPW | Spojené království | N/A | Slitiny niklu, prášky ze slitin hliníku |
| Sandvik | Švédsko | N/A | Kovové prášky Osprey® pro EBM |
Průměrné náklady na systém jsou $500 000 až $1 milion včetně pomocných zařízení, jako jsou stanice pro odstraňování prášku. Materiály se pohybují od $100 za kg pro hliník až po $800 za kg pro speciální niklové superslitiny.
3D tiskárna pro tavení elektronovým paprskem Normy a certifikace
Klíčové normy související s kvalitou, specifikacemi a řízením procesů pro systémy tavení elektronovým svazkem zahrnují:
| Standard | Popis |
|---|---|
| ISO 17296-2 | Aditivní výroba kovů - procesy, materiály a geometrie |
| ASTM F2971 | Standardní postup pro výrobu kovových dílů metodou EBM |
| ASTM F3184 | Standard pro kvalifikaci hardwaru EBM |
| ASME BPVC Sec II-C | Definuje schválené specifikace materiálů EBM |
Hardware EBM i systém kvality výrobce mohou být certifikovány podle normy ISO 9001. Pro aplikace v letectví a kosmonautice platí další specifikace jako AS9100D.
Tavení elektronovým svazkem vs. jiné metody AM kovů
| Parametr | Tavení elektronovým paprskem | Fúze laserového práškového lože | Řízená depozice energie |
|---|---|---|---|
| Zdroj tepla | Svazek zrychlených elektronů | Vysoce výkonný vláknový laser Yb | Fokusovaný laser nebo elektronický paprsek |
| Atmosféra | Vakuum | Inertní plyn | Vzduch nebo inertní plyn |
| Metoda skenování | Rastrování zaměřené na místo | Rastrování zaostřeného laserového bodu | Rastrování nebo jeden bod |
| Rychlost ukládání | 4-8 cm na hodinu. | 4-20 cm$^3$/hod. | 10-100 cm$^3$/hod. |
| Přesnost | ± 0,1-0,3 mm nebo ± 0,002 mm/mm | Až ±0,025 mm nebo ±0,002 mm/mm | > 0,5 mm |
| Povrchová úprava | 15 μm Ra, 50 μm Rz | Drsnost až 15 μm | > 25 μm drsnosti |
| Náklady na díl | Střední | Střední | Nejnižší |
Aplikace z 3D tiskárna pro tavení elektronovým paprskem
Díky své schopnosti vyrábět složité geometrie z různých vysoce výkonných kovů nachází tavení elektronovým svazkem uplatnění v různých průmyslových odvětvích, např.:
Letectví: Odlehčení leteckých součástí, jako jsou držáky a vzpěry ze slitin titanu a niklu, přináší výhody v oblasti úspory paliva. EBM také umožňuje konsolidovat kanály pro vedení kapalin a montážní prvky do jednotlivých dílů.
Lékařská a zubní péče: Kobalt-chromové a titanové implantáty s porézním povrchem, který podporuje osteointegraci, lze pomocí EBM přizpůsobit anatomii pacienta. Výrazné přizpůsobení a snížení množství odpadu oproti tradičním skladovým velikostem a tvarům implantátů.
Automobilový průmysl: Odlehčení dílů, jako jsou hliníková nebo titanová víka ventilů a brzdové třmeny, snižuje hmotnost vozidla, což přispívá k lepší spotřebě paliva. Ekonomicky výhodné jsou také krátké série zakázkových kol turbodmychadel optimalizovaných pro závodní aplikace.
Nástroje: Do nástrojů vstřikovacích forem lze zabudovat konformní chladicí kanály, které zrychlují dobu cyklu. Rychlý obrat 10-20 iterací uspořádání chladicích kanálů je možný s EBM oproti týdnům u konvenčních metod.
Nejčastější dotazy
| Otázka | Odpovědět |
|---|---|
| Jaká je přesnost dílů v porovnání s tradičními výrobními postupy? | U EBM je možná rozměrová přesnost a tolerance až ±0,1 mm, což je srovnatelné s limity odlévání a kování. V případě potřeby lze při CNC obrábění dosáhnout přesnějších tolerancí ±0,01 mm. |
| Vyžaduje hrubá povrchová úprava po vytištění EBM následné zpracování? | Ano, schodovitý efekt ve vrstvách způsobuje typicky drsnost 10-15 μm. V případě potřeby lze pomocí bubnování, leštění, tryskání nebo obrábění dosáhnout hladšího povrchu až na 0,5 μm. |
| Lze pro EBM použít jakoukoli kovovou slitinu, nebo jsou některá složení nevhodná? | Slitiny náchylné k praskání v pevném stavu v důsledku tepelného namáhání se mohou ukázat jako problematické - je třeba se vyhnout velmi vysokým koeficientům roztažnosti nad 15 μm/(m ̊C). |
| Jaký je hlavní kompromis mezi procesy fúze v práškovém loži pomocí laseru a elektronového svazku? | Lasery nabízejí vyšší rychlost vytváření až 100 cm$^3$/hod, ale maximální výkon paprsku je omezen na 1 kW. Výkonnější elektronické paprsky o výkonu 8-60 kW umožňují hlubší průnik do hustých kovů s vyšší energetickou účinností. |
Souhrn
Tavení elektronovým svazkem využívá koncentrovaný, vysoce výkonný elektronový svazek ve vakuu k selektivnímu tavení částic kovového prášku vrstvu po vrstvě, dokud nevzniknou zcela husté díly. 3D tiskárny EBM vytvářejí vysoce komplexní geometrie, které nemají obdoby v žádné jiné technologii, a umožňují tak přizpůsobení, odlehčení a konsolidaci dílů v různých odvětvích od zdravotnických přístrojů až po letecké komponenty. Ačkoli jsou maximální objemy tisku ve srovnání s jinými aditivními nebo konvenčními technikami tisku kovů omezené, tavení elektronovým svazkem otevírá nové konstrukční možnosti a agilní výrobní přístupy, které dříve nebyly proveditelné.
Sdílet na
MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.
Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!
Související články
Sférický prášek z duplexní slitiny nerezové oceli: nejlepší materiál pro drsné podmínky
Přečtěte si více "O Met3DP
Nedávná aktualizace
Náš produkt
KONTAKTUJTE NÁS
Nějaké otázky? Pošlete nám zprávu hned teď! Po obdržení vaší zprávy obsloužíme vaši žádost s celým týmem.
Kovové prášky pro 3D tisk a aditivní výrobu
SPOLEČNOST
PRODUKT
kontaktní informace
- Město Qingdao, Shandong, Čína
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731