Zařízení pro tavení elektronovým paprskem

Přehled o zařízení pro tavení elektronovým paprskem Technologie

Zařízení pro tavení elektronovým paprskem je aditivní výrobní technologie používaná ke spojování kovových prášků vrstva po vrstvě s využitím vysoce výkonného elektronového paprsku ve vakuovém prostředí. Zařízení EBM nabízí možnosti, které nemají konkurenci s jinými metodami 3D tisku na kov, pokud jde o rychlost vytváření, hustotu součásti, zbytkové napětí a mechanické vlastnosti.

Mezi klíčové vlastnosti technologie tavení elektronovým paprskem patří:

Tabulka 1: Přehled charakteristik tavení elektronového svazku

Stroje EBM poskytují rychlé roztavení vodivých materiálů do plně hustých součástí s materiálovými vlastnostmi ekvivalentními nebo lepšími než tradiční výrobní metody.

Řízené vakuové prostředí a inteligentní dodávka energie minimalizují problémy s oxidací nebo kontaminací během zpracování. To umožňuje velmi vysoké hustoty a vynikající strukturální integritu ideální pro kritické aplikace.

Využitím výkonu vysokého paprsku pro rychlé skenovací rychlosti napříč každou vrstvou umožňuje EBM extrémně vysoké rychlosti vytváření nedosažitelné pomocí laserových systémů. Tato výhoda v produktivitě je klíčovou hnací silou pro přijetí technologie.

Typy zařízení pro tavení elektronovým paprskem Systémy

Na trhu existuje několik kategorií zařízení EBM, které nabízejí různé velikosti obálky sestavení, úrovně výkonu paprsku a výrobní kapacity přizpůsobené různým aplikacím.

Tabulka 2: Typy zařízení pro tavení elektronovým paprskem

Větší velikosti zařízení umožňují větší součásti pro průmyslová odvětví, jako je letecký a automobilový průmysl, aby se snížil počet montážních dílů. Menší stroje s nižším výkonem se zaměřují na vysoce hodnotné aplikace v lékařských a stomatologických odvětvích.

Většina konstruktérů systémů EBM nabízí modulární architektury strojů pro škálování kapacity, výkonu paprsku a objemu stavby podle toho, jak se postupem času mění požadavky zákazníků a požadavky na aplikace.

Základy technologie tavení elektronovým paprskem

Mezi hlavní subsystémy a kroky zpracování zahrnuté ve výrobě aditiv elektronovým paprskem patří:

Tabulka 3: Přehled základů tavení elektronovým paprskem

Stroj EBM vyžaduje integrovaný provoz těchto subsystémů pro efektivní výrobu dílů vrstvu po vrstvě z kovového prášku:

• Vysokorychlostní vychylování paprsku řídí roztavené oblasti přesně napříč každou vrstvou práškového lože
• Vakuum odstraňuje plynné znečištění a zabraňuje oxidaci/nitridaci materiálu
• Shrnovače prachu efektivně rozmetají čerstvý materiál a zajišťují hustotu
• Senzory s uzavřenou smyčkou poskytují zpětnou vazbu zajišťující rozměrovou přesnost
• Robustní počítačové ovládací prvky koordinují každý aspekt procesu sestavení

Unikátní kombinace čistého kovového prášku, který je možné konzumovat s vysoce intenzivním zdrojem energie uvnitř vakuové komory, umožňuje velmi rychlé tavení a tuhnutí pro výjimečné metalurgické vlastnosti.

Pochopení těchto základních principů pomáhá kupujícím vybrat zařízení optimalizované pro jejich cíle, ať už jde o maximalizaci produktivity, kvality dílů, provozních nákladů nebo požadavků na aplikace.

Specifikace tavicích strojů s elektronovým paprskem

Při výběru zařízení EBM, které nejlépe odpovídá jejich výrobním potřebám a provozním podmínkám, musí kupující vzít v úvahu řadu specifikací týkajících se výkonu.

Tabulka 4: Klíčové specifikace zařízení pro tavení elektronovým paprskem

Pochopení specifikací, jako je výkon paprsku, rychlost skenování, velikost bodu a minimální tloušťka vrstvy, umožňuje vhodný výběr stroje pro zamýšlenou aplikaci a cíle propustnosti.

Mezi další důležité faktory ovlivňující výběr systému patří:

• Ovládací software: Schopnosti pro efektivní nastavení sestavení, optimalizační nástroje pro vývoj parametrů, funkce monitorování/analýzy a kompatibilita s navazujícími digitálními pracovními postupy CAD/CAM.
• Paleta materiálů: Počet kvalifikovaných materiálů dostupných od OEM určuje rozsah aplikací dostupných pro zařízení. Prioritní výběr kovů zahrnuje titan, niklové superslitiny, nástrojové oceli, nerezovou ocel, kobalt, chrom a hliník.
• Doplňkové vybavení: Požadavky na doplňkové nástroje pro manipulaci s práškem, stanice pro následné zpracování, prosévací nástroje, externí tepelné zpracování, vysokotlaké pece a systémy recyklace prášku.
• Služby: Hodnota smluv o údržbě, pomoc s optimalizací aplikací, služby školení operátorů a ustanovení o přemístění zařízení.

Pečlivé posouzení specifikací strojů vůči současným a budoucím výrobním požadavkům usnadňuje vhodná investiční rozhodnutí v kapacitě EBM.

Přehled ekonomiky procesu tavení elektronovým paprskem

Kromě čistých nákladů na pořízení zařízení potřebují výrobní organizace realistické projekce kompletní ekonomiky výroby spojené s uvedením technologie EBM online.

Tabulka 5: Shrnutí ekonomiky zpracování EBM

S cenami strojů v rozmezí od přibližně $800 000 pro startovací systémy až po $2 500 000 pro velká průmyslová řešení představuje vybavení pouze jednu část celkové investiční rovnice.

Mezi další klíčové proměnné ovlivňující provozní ziskovost a výpočty návratnosti investic patří:

• Použití materiálů: Prášek je až 301 TP3T celkových nákladů na součást, optimalizujte strategie nákupu:vyrobte a poměry opětovného použití.
• Práce: Manuální versus automatizovaná manipulace s práškem/dílem ovlivňuje požadavky na zaměstnance. Pokračujte v optimalizaci sestavení, abyste maximalizovali dobu běhu bez obsluhy.
• Zařízení: Náklady na instalaci, energii, kontrolu životního prostředí a doplňková zařízení se sčítají. Faktor v nákladech na bezpečnost, služby a dodržování předpisů.
• Údržba: Preventivní údržba je zásadní pro provozuschopnost, kvalitu výroby a životnost zařízení. Zvažte možnosti OEM vs. interní služby.

Analýza těchto nákladových faktorů před získáním kapacity EBM usnadňuje realistické obchodní plánování. Modelování scénářů výroby dílů pomocí skutečných údajů o výkonu zlepšuje přehled o finančních rizicích a výhledech ziskovosti.

Oblíbené materiály pro tavení elektronovým paprskem

Vysoká intenzita paprsku a vakuové prostředí činí EBM vhodným pro zpracování reaktivních a žáruvzdorných slitin obtížně tavitelných jinými aditivními metodami nebo procesy odlévání.

Tabulka 6: Běžné materiály používané při tavení elektronovým paprskem

Nejoblíbenějšími materiály pro EBM zůstávají titanové slitiny pro lehké letecké komponenty, niklové superslitiny pro extrémní teplotní odolnost a lékařský kobaltový chrom pro biokompatibilní implantáty.

Flexibilita tavení práškového lože však vyhovuje prakticky jakémukoli slitinovému systému, včetně reaktivních prvků, jako je hliník nebo žáruvzdorné kovy, které při použití tradičních metod představují problémy s tavením. To usnadňuje inovace v oblastech, jako je elektronický tepelný management, spektroskopické komponenty a vysokoteplotní aplikace nad 1000 °C.

Díky prostředí vakuového zpracování, které zmírňuje problémy s kontaminací, je kvalita materiálu a integrita velmi příznivé ve srovnání s konkurenčními AM nebo odlévacími procesy.

Výhody technologie tavení elektronovým paprskem

Kromě usnadnění velmi vysokých rychlostí vytváření, kterým se jiné technologie práškového lože nevyrovnají, nabízí EBM další výhody, díky nimž je procesem volby pro kritické aplikace v leteckém, lékařském a průmyslovém sektoru.

Tabulka 7: Primární výhody tavení elektronovým paprskem

Konkrétní příklady, kdy EBM přináší hodnotu oproti konvenční výrobě, zahrnují:

Produktivita

• Výroba lopatek turbíny Inconel 718 10krát rychleji než techniky přesného lití.
• Výroba více než 10 kyčelních implantátů současně kvůli větším objemům výroby.
• Využití automatizované manipulace s práškem a řazení do fronty pro 24/7 osvětluje výrobu.

Výkon

• Vytváření držáků satelitů Ti-6Al-4V s vynikajícím poměrem pevnosti a hmotnosti.
• Nabízí kobalt-chromové zubní můstky s vynikající estetickou úpravou a přesností.
• Výroba nástrojů H13 s konformním chlazením pro delší životnost vstřikovací formy.

Kvalita

• Dosažení čistších mikrostruktur materiálu zcela bez defektů mikroporéznosti běžných u odlévání.
• Zajištění nulových vnitřních pnutí a deformací díky vysokým teplotám předehřívání.
• Prevence kontaminace v reaktivních materiálech s využitím prostředí vysokého vakua.

Jedinečné podmínky tavení usnadněné technologií elektronového paprsku se opakovaně osvědčují jako nejlepší AM řešení pro vysoce hodnotné aplikace vyžadující výjimečný materiálový výkon.

Oblíbené stránky Zařízení EBM Dodavatelé

Řada zavedených průmyslových organizací a specializovaných startupů nabízí řešení pro tavení elektronovým paprskem, která uspokojí různé překážky při přijímání zákazníků napříč segmenty trhu.

Tabulka 8: Přední poskytovatelé zařízení pro tavení elektronovým paprskem

Mezi další výrobce zařízení zaměřujících se na aplikace elektronového paprsku mimo tradiční výrobu aditiv patří:

• Canon – řešení svařování elektronovým paprskem
• PTR Group – Elektronové pece a svářečky
• IBE Services – Malé svářečky elektronovým paprskem
• Teta – Vysoce výkonné průmyslové EB svařování

Průmyslová jednička Arcam EBM (nyní součást GE Additive) si po představení prvního komerčního stroje EBM v roce 2002 vytvořila dominantní patent a podíl na trhu. Zůstávají předním dodavatelem zařízení napříč kategoriemi letectví, zdravotnických zařízení, automobilového průmyslu a průmyslu.

Většina poskytovatelů využívá partnerství s výrobci materiálů, výzkumnými skupinami a organizacemi koncových uživatelů k neustálému zlepšování procesních schopností EBM, které odpovídají skutečným výrobním požadavkům. Toto společné úsilí o zlepšování technologií v konečném důsledku rozšíří osvojení v ještě důležitějších průmyslových aplikacích.

FAQ

Otázka: Jak velké zařízení je potřeba k umístění zařízení EBM?

Odpověď: Minimální podlahová plocha měří kolem 100 čtverečních stop u menších strojů, ale běžné jsou větší plošiny zabírající více než 500 čtverečních stop. Dalších 500+ čtverečních stop je typických pro doplňkové stanice pro manipulaci s práškem a následné zpracování. Zařízení vyžadují alespoň 8 stop stropy a vyztužení pro těžké zatížení zařízení přesahující 12 000 liber.

Otázka: Jaké materiály jsou nekompatibilní se zpracováním EBM?

Odpověď: Hliníkové slitiny představují bez řádného inertního prostředí oxidační rizika. Nevhodné zůstávají žáruvzdorné kovy s velmi vysokými teplotami taveniny přesahujícími 3600 °C, jako je wolfram nebo rhenium. Jinak EBM vyhovuje většině slitinových systémů.

Otázka: Kolik vyškolených operátorů je zapotřebí na jeden stroj EBM?

Odpověď: Jeden strojník může obvykle dohlížet na několik strojů EBM v závislosti na úrovni automatizace a objemu výroby. Pro operace s práškem, následné zpracování, činnosti v oblasti kvality, údržbu a technickou podporu jsou zapotřebí další pracovníci.

Otázka: Jaká bezpečnostní rizika jsou spojena s technologií EBM?

Odpověď: Vysokonapěťové elektronové paprsky představují nebezpečí obloukového výboje vyžadující řádné kryty a bezpečnostní kontroly. Rizika vystavení reaktivnímu kovovému prášku také vyžadují ochranné prostředky a manipulační protokoly pro nebezpečí požáru a zdraví. Správný trénink je kritický.

znát více procesů 3D tisku