Úvod do procesu ebm

Tavení elektronovým paprskem (EBM) je aditivní výrobní proces, který využívá elektronový paprsek k selektivnímu tavení kovového prášku po vrstvách a vytváří tak zcela husté díly. Tento průvodce poskytuje podrobný přehled o. Proces EBM včetně způsobu fungování, materiálů, aplikací, výhod, konstrukčních aspektů, vybavení, následného zpracování, kontroly kvality, srovnání, nákladů a nejčastějších dotazů.

Úvod do tavení elektronovým svazkem (EBM)

Tavení elektronovým svazkem je typ aditivní výroby s tavením práškového lože, při níž elektronový svazek selektivně taví oblasti práškového lože a vytváří tak díly po vrstvách.

Mezi hlavní výhody EBM patří:

• Plně husté kovové díly
• Vynikající mechanické vlastnosti
• Dobrá kvalita povrchu a rozlišení
• Vysoká rychlost výroby a nízké náklady na jeden díl
• Potřeba minimálních podpůrných struktur
• Opakovatelné a konzistentní výsledky

EBM umožňuje přímou výrobu složitých, vysoce výkonných kovových komponentů pro letecké, lékařské, automobilové a průmyslové aplikace.

Jak funguje proces EBM

Proces EBM zahrnuje následující klíčové kroky:

Proces tavení elektronovým paprskem

• Model CAD rozřezaný na vrstvy
• Prášek rozetřete do tenké vrstvy
• Elektronový paprsek skenuje a taví prášek
• Vrstva natavená na předchozí vrstvy
• Opakování po vrstvách, dokud není část postavena
• Netavený prášek podporuje část
• Vyjmutí ze stroje a následné zpracování

Selektivním tavením vrstev prášku lze přímo z digitálních dat vyrábět složité geometrie.

Materiály pro EBM

EBM může zpracovávat celou řadu vodivých materiálů včetně:

• Slitiny titanu jako Ti6Al4V
• Kobalt-chromové slitiny
• Superslitiny na bázi niklu
• Nástrojové oceli jako H13
• Slitiny hliníku
• Čistá měď
• Drahé kovy jako zlato, stříbro

Pomocí technologie EBM lze tisknout standardní i vlastní slitiny optimalizované pro AM. Povaha práškového lože umožňuje zpracování slitin, které se jinými metodami snadno nezpracovávají.

Aplikace EBM

EBM je vhodný pro komponenty, které využívají:

• Složité geometrie možné pouze s AM
• Krátká doba výroby
• Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
• Dobrá odolnost proti únavě a lomu
• Vynikající mechanické vlastnosti
• Biokompatibilita a odolnost proti korozi
• Výkon při vysokých teplotách
• Konsolidace dílů - snížení počtu montážních kroků

Průmyslové aplikace zahrnují:

• Letectví a kosmonautika: konstrukční držáky, kola turbodmychadla, díly motoru
• Zdravotnictví: ortopedické implantáty, chirurgické nástroje
• Automobilový průmysl: odlehčené příhradové konstrukce
• Průmysl: výměníky tepla, díly pro manipulaci s kapalinami

EBM podporuje inovativní konstrukce napříč odvětvími díky širokému výběru slitin a vynikajícím mechanickým vlastnostem.

Výhody aditivní výroby pomocí tavení elektronovým svazkem

Mezi hlavní výhody procesu EBM patří:

• Plně husté kovové díly - Dosáhněte hustoty 99,9%+ odpovídající a překračující vlastnosti odlitku.
• Mechanické vlastnosti - Vynikající pevnost, únavová životnost, tvrdost a odolnost proti lomu.
• Vysoké míry výstavby - Při současném skenování více oblastí je možné dosáhnout více než 100 cm3/hod.
• Nízké provozní náklady - Hlavním provozním nákladem je elektřina. Spotřebuje méně energie než laserové procesy.
• Minimální podpory - Díly se při stavbě samy udržují a po zpracování vyžadují jen malé množství podpěr.
• Recyklovatelnost prášku - Nespotřebovaný prášek lze znovu použít, čímž se výrazně sníží náklady na materiál.
• Snížení množství odpadu - Velmi vysoká míra opětovného použití prášku a výroba téměř čistého tvaru vede k menšímu množství odpadu než při obrábění.
• Konsolidace části - Kombinujte sestavy do jednotlivých tištěných dílů, abyste snížili počet výrobních a montážních kroků.

Pro výrobu kovů v leteckém, lékařském, automobilovém a průmyslovém průmyslu přináší EBM vysoce výkonnou aditivní výrobu, které se jiné metody jen tak nevyrovnají.

Úvahy o návrhu EBM

Aby bylo možné plně využít výhod EBM, měly by návrhy dodržovat zásady designu AM:

• Použití organických, bionických tvarů, které nelze opracovat obráběním.
• Minimalizace podpěr návrhem vhodné geometrie
• Optimalizace tloušťky stěn pro vyvážení rychlosti a pevnosti
• Zohlednění možností minimální velikosti prvků
• Orientujte díly tak, abyste maximalizovali rozlišení a mechanické vlastnosti.
• Konsolidace podsestav do jednotlivých dílů, pokud je to možné.
• Uvažujme vliv vrstevnaté výroby
• Konstrukce vnitřních kanálků pro odstranění neroztaveného prášku

Spolupracujte se zkušenými inženýry AM na návrhu vysoce výkonných dílů přizpůsobených možnostem EBM.

Vybavení pro proces EBM

Systémy EBM se skládají z:

• Sloup elektronového svazku - Výkonný elektronový paprsek
• Kazety s práškem - Dodávka čerstvého prášku
• Zásobníky prášku - Podávání prášku po vrstvách
• Sestavení nádrže - Obsahuje stavební plošinu a rostoucí díly
• Vakuové čerpadlo - Udržuje vysoký podtlak při stavbě
• Ovládací prvky - Software pro přípravu a sledování sestav

Průmyslové systémy EBM umožňují výrobu prototypů i sériovou výrobu. Mezi výrobce patří Arcam EBM a GE Additive.

Klíčové specifikace stroje EBM:

• Velikost stavební obálky - průměr až 500 mm, výška až 380 mm
• Výkon paprsku - až 3,7 kW
• Zaostření paprsku - až do velikosti bodu 0,1 mm
• Rychlost sestavování - možnost více než 700 cm3/hod.
• Vakuum - Vyžaduje se vysoké vakuum 10-4 mbar
• Přesná kontrola vrstvy - tloušťka 0,05 mm

Možnosti, jako je více zásobníků prášku nebo paprsková děla, umožňují vyšší výkon. Konstrukční komora je během tisku udržována ve vysokém vakuu pomocí integrovaných vakuových vývěv.

Následné zpracování EBM

Po vytištění procházejí díly následným zpracováním:

• Odstranění prášku - Přebytečný prášek se získá a přesívá pro další použití.
• Odstranění podpory - Minimální nutnost ručního odstranění podpory
• Tepelné zpracování - Odlehčení napětí a změna mikrostruktury podle potřeby
• Povrchová úprava - Obrábění, tryskání, broušení nebo leštění, pokud je to nutné.

Vzhledem k tomu, že podpůrné struktury jsou minimální a vysoké hustoty je dosaženo přímo ze stroje EBM, je následné zpracování ve srovnání s některými jinými metodami AM relativně jednoduché.

Kontrola kvality pro EBM

Konzistentní výsledky vysoké kvality vyžadují postupy, jako jsou:

• Validační sestavy pro zadání parametrů a ověření vlastností
• Sledování vlastností prášku a jeho opětovné použití
• Zkoušky mechanických vlastností pro kvalifikaci
• CT skenování nebo rentgenová kontrola složitých vnitřních geometrií
• Kontroly přesnosti rozměrů
• Měření drsnosti povrchu
• Dokumentace parametrů sestavení a sledovatelnost šarží
• Pravidelná kalibrace a údržba zařízení EBM

Spolupracujte se zkušenými dodavateli s přísnými systémy kvality přizpůsobenými pro regulovaná odvětví vyžadující kvalifikaci dílů.

Srovnání EBM s jinými aditivními metodami

EBM vs. SLM:

• EBM využívá elektrony, zatímco SLM laser.
• EBM má vyšší rychlost výroby, zatímco SLM nabízí jemnější rozlišení.
• EBM nevyžaduje inertní plyn, zatímco SLM obvykle používá dusík.
• Obě vyrábějí téměř plně husté kovové díly v práškovém loži.

EBM vs. Binder Jetting:

• EBM taví prášek, zatímco tryskání pojiva lepí částice dohromady.
• EBM vytváří >99% husté díly, zatímco tryskání pojiva vytváří "zelený" díl vyžadující spékání.
• Kovy EBM si zachovávají vynikající vlastnosti, zatímco tryskání pojivem má nižší výkon.

EBM vs. DED:

• EBM využívá pro DED práškové lože vs. vyfukovaný prášek
• EBM má vyšší přesnost a kvalitu povrchu, zatímco DED je rychlejší.
• EBM má minimální podporu, zatímco DED potřebuje více podpory.

U malých až středních objemů kovových dílů pro konečné použití konkuruje EBM ostatním procesům AM na bázi práškové technologie v oblasti nákladů.

Rozdělení nákladů na díly EBM

Při analýze nákladů na části EBM jsou klíčovými faktory:

• Náklady na stroj - Hodinová sazba operativního leasingu. Provozní náklady ~$100-$300/hod.
• Práce - Konstrukce dílů, optimalizace, předběžné a následné zpracování.
• Prášek - Výběr materiálu a míra opětovného použití výrazně ovlivňují náklady.
• Energie - Elektrická energie pro provoz stroje EBM a pomocných zařízení.
• Kontrola kvality - Stupeň testování závisí na aplikaci.
• Následné zpracování - Převážně automatizované znamená nižší náklady na zpracování.
• Svazek - Zřizovací náklady jsou fixní a při vyšších objemech se amortizují.

Využití konstrukčních pravidel EBM a kvalitativních postupů přizpůsobených výrobním aplikacím poskytuje velmi cenově výhodné kovové díly, kterých nelze dosáhnout jinými způsoby.

Inovační trendy v technologii EBM

Pokroky v technologii a aplikacích EBM zahrnují:

• Větší konstrukční obálky a vyšší rychlost skenování umožňující větší objem výroby
• Nová generace vícepaprskových systémů pro zvýšení propustnosti
• Rozšířené možnosti materiálů, jako je měď, hliník a vlastní slitiny.
• Automatizovaná manipulace s práškem a interní metrologické zařízení
• Hybridní obráběcí centra EBM a CNC
• Návrhový software integrující funkce EBM pro "design for AM"
• Optimalizace dodavatelského řetězce pomocí distribuovaných výrobních modelů

Tyto inovace povedou k většímu rozšíření EBM v regulovaných odvětvích, která ocení kvalitu, konzistenci a výkonnost této technologie.

FAQ

Otázka: Jaké materiály můžete pomocí EBM zpracovávat?

Odpověď: Běžně se zpracovává titan, niklové superslitiny, nástrojové oceli, kobalt-chrom, hliník a drahé kovy. Lze použít standardní i zakázkové slitiny optimalizované pro AM.

Otázka: Jaká odvětví používají EBM?

Odpověď: Letecký, lékařský, automobilový a průmyslový průmysl využívají EBM pro vysoce výkonné kovové díly pro konečné použití, které nelze snadno vyrobit konvenčním způsobem.

Otázka: Jaká je typická povrchová úprava?

Odpověď: Typická je povrchová úprava po vytištění v rozmezí 15-25 mikronů Ra, ale v případě potřeby ji lze dodatečným zpracováním dále zlepšit.

Otázka: Jak přesné je obrábění EBM v porovnání s obráběním CNC?

Odpověď: Rozměrová přesnost v rozmezí 0,1-0,3% je pro technologii EBM standardem, který je u většiny prvků srovnatelný s přesností obrábění nebo ji překračuje.

Otázka: Jaké typy vnitřních kanálů a geometrie lze vyrobit?

Odpověď: Pomocí technologie EBM lze spolehlivě vyrábět složité kanály a mřížky volného tvaru o průměru až 1-2 mm.

Otázka: Můžete galvanicky pokovovat díly EBM?

Odpověď: Ano, díly EBM mohou být elektricky vodivé a v případě potřeby snadno přijímají pokovení, jako je chrom, zlato nebo stříbro.

Otázka: Jsou mechanické vlastnosti srovnatelné s tepanými kovy?

Odpověď: Ano, díly EBM splňují nebo překračují pevnost v tahu, únavu a odolnost proti lomu kovaných ekvivalentů.

Otázka: Jak dlouho trvá výroba dílu?

Odpověď: Rychlost výroby závisí na geometrii, ale na moderních strojích EBM se pohybuje v rozmezí 5-20 cm3/hod, což umožňuje rychlé zpracování.

Otázka: Vyžaduje EBM nějaké podpory?

Odpověď: Vzhledem k vysoké teplotě práškového lože je zapotřebí minimálních podpěr. Zkracuje dobu následného zpracování.

Otázka: Je EBM šetrný k životnímu prostředí?

Odpověď: EBM má dobré reference v oblasti udržitelnosti díky vysoké míře opětovného použití prášku a nízkému množství odpadu ve srovnání se subtraktivními procesy. Spotřeba energie na jeden díl se u zařízení novější generace snižuje.

znát více procesů 3D tisku