porozumění technologii EBM

Obsah

Technologie EBM je pokročilá technologie aditivní výroby s jedinečnými schopnostmi. Tato příručka poskytuje komplexní přehled technologie EBM včetně jejího fungování, výhod, aplikací, dodavatelů systémů a srovnání s jinými procesy 3D tisku.

Úvod do tavení elektronovým svazkem (EBM)

Tavení elektronovým paprskem je technika aditivní výroby, která používá elektronový paprsek k selektivnímu tavení a spojování částic kovového prášku vrstvu po vrstvě. Klíčové vlastnosti:

  • Používá elektronový paprsek jako zdroj energie k tavení kovového prášku
  • Vytváří díly selektivním tavením vrstev prášku
  • Typické materiály jsou titan, niklové slitiny, nástrojové oceli, hliník
  • Vyrábí plně husté díly s vynikajícími vlastnostmi
  • Podporuje složité geometrie, které nejsou možné s litím/obráběním
  • Poskytuje svobodu designu, přizpůsobení, zkrácení dodacích lhůt

EBM poskytuje vynikající mechanické vlastnosti, čistotu materiálu, povrchovou úpravu a rozměrovou přesnost u dílů pro konečné použití v leteckém, lékařském, automobilovém a dalších průmyslových odvětvích.

Tato příručka poskytuje podrobný přehled procesu EBM, technologií, výhod, aplikací, dodavatelů systémů a srovnání s jinými metodami AM.

technologie ebm

Jak Technologie EBM funguje

Tavení elektronovým paprskem vyrábí díly prostřednictvím následujících klíčových kroků:

Kroky procesu EBM

  • 3D model navržený v softwaru CAD je převeden do souboru .STL
  • Soubor je rozřezán na vrstvy a je generována sekvence sestavení
  • Kovový prášek je rovnoměrně rozprostřen na stavební desku
  • Elektronový paprsek selektivně skenuje a taví prášek, aby spojil vrstvy
  • Stavební deska se sníží a je rozprostřena nová vrstva prášku
  • Proces se opakuje, dokud není celý díl vytvořen vrstvu po vrstvě
  • Nespojený prášek podporuje díl během stavby
  • Dokončený díl je vyjmut ze stroje pro následné zpracování
  • Vysokoenergetický elektronový paprsek poskytuje rychlé a přesné tavení a svařování
  • Proces probíhá při vysoké teplotě ve vakuu pro čistotu
  • Nepoužitý prášek se regeneruje a znovu používá, čímž se minimalizuje odpad

Typy systémů EBM

V současné době existují dva hlavní typy systémů EBM:

Typy systémů EBM

TypPopis
Jednopaprskový systémJediný elektronový paprsek
Vícepaprskový systémVíce paralelních paprsků
  • Jednopaprskové systémy používají jediný vysoce výkonný elektronový paprsek, typicky 50-60 kW. Rychlosti stavby jsou pomalejší kvůli požadavkům na skenování.
  • Vícepaprskové systémy využívají více paprsků dohromady pro vyšší rychlost. Výrazně zkracuje dobu skenování.
  • Výkon jednoho paprsku se pohybuje od 3 do 6 kW. Celkový výkon ve vícepaprskových systémech je přes 10 MW.
  • Nejnovější generace vícepaprskových systémů dramaticky zlepšuje rychlosti stavby.
  • Řízení paprsku, skenování a zaostřování jsou kritické subsystémy pro přesné tavení.

Materiály pro EBM

EBM je kompatibilní s řadou kovů a slitin, včetně:

Materiály EBM

MateriálKlíčové vlastnostiAplikace
Slitiny titanuVysoká pevnost, nízká hmotnostLetectví a kosmonautika, zdravotnictví
Niklové superslitinyTepelná/korozní odolnostLopatky turbíny
Nástrojové oceliTvrdost, odolnost proti opotřebeníNástroje, formy
Nerezové oceliOdolnost proti koroziNámořní hardware
Kobaltový chromBiokompatibilitaLékařské implantáty
Slitiny hliníkuLehká váhaAutomobilový průmysl, konstrukce
Slitiny mědiElektrická vodivostElektronika
  • Titanové slitiny jako Ti-6Al-4V jsou nejběžnější pro kritické letecké komponenty.
  • Niklové superslitiny vynikají ve vysokoteplotním prostředí, jako jsou turbínové motory.
  • Nástrojové oceli poskytují tvrdost potřebnou pro dlouhotrvající formy a nástroje.
  • Biokompatibilní slitiny se používají pro implantáty a lékařské přístroje.
  • EBM podporuje reaktivní kovy, jako je titan a hliník, lépe než procesy založené na laseru.

Výhody a výhody EBM

Mezi klíčové výhody, díky nimž je EBM atraktivní pro výrobní aplikace, patří:

Výhody EBM

  • Plně husté díly bez dutin
  • Vynikající mechanické vlastnosti
  • Vysoká geometrická a rozměrová přesnost
  • Dobrá povrchová úprava a jemné detaily
  • Nízké požadavky na následné zpracování
  • Díly s vysokou čistotou s menší kontaminací
  • Méně materiálového odpadu díky regeneraci prášku
  • Podporovány složité vnitřní geometrie
  • Kombinuje více dílů do jednoho designu

Vs. Tradiční výroba

  • Umožňuje lehčí a pevnější konstrukce, které nejsou možné s litím nebo obráběním
  • Konsoliduje sestavy do jednotlivých tištěných dílů
  • Umožňuje tvary, které nelze lisovat nebo kovat
  • Zkracuje dodací lhůtu z měsíců na týdny
  • Snižuje náklady na výrobu malých dávek

Aplikace EBM

Výhody EBM jej činí vhodným pro:

Aplikace EBM

PrůmyslPoužívá
AerospaceTurbínové lopatky, konstrukční rámy, rakety
LékařskýOrtopedické implantáty, chirurgické nástroje
Automobilový průmyslOdlehčovací prototypy, zakázkové díly
NástrojeVstřikovací formy, tvářecí matrice, přípravky a upínací zařízení
EnergieVýměníky tepla, ventily, čerpadla
ElektronikaStínění, kontakty, chladicí systémy
  • Letecký průmysl rozsáhle využívá EBM pro lehčí a pevnější díly z titanových a niklových slitin.
  • Lékařský sektor využívá geometrickou svobodu a biokompatibilitu EBM pro implantáty.
  • Automobiloví výzkumníci jej používají k výrobě lehkých optimalizovaných návrhů topologie.
  • Do nástrojů pro vstřikování lze zabudovat konformní chladicí kanály.
  • Ropný a plynárenský průmysl jej používá pro vysokoteplotní a vysokotlaké komponenty.
  • Elektronika těží z jemných detailů a vodivých slitin EBM.

Dodavatelé systémů EBM

Mezi hlavní výrobce, kteří poskytují systémy EBM, patří:

Dodavatelé strojů EBM

SpolečnostZnačky strojů
Arcam EBMArcam A2X, Q20plus, Spectra H, Q10plus
Přísady GEArcam EBM Spectra L, Arcam EBM Spectra H
FreemeltFreemelt ONE, Freemelt TWO
Přísada WaylandCalder
  • Arcam EBM, nyní součást GE Additive, je lídrem na trhu se systémy EBM.
  • Další společnosti jako Freemelt a Wayland Additive nabízejí novější generaci vícepaprskových systémů EBM.
  • Kapacity strojů se pohybují od 150 mm x 150 mm x 150 mm stavebních objemů po větší 1000 mm verze.
  • Nejnovější stroje EBM poskytují automatizovanou manipulaci s práškem a recyklaci v uzavřené smyčce.
  • Pro různé aplikace je poskytována podpora přizpůsobených parametrů a školení.

Analýza nákladů pro EBM

Výrobní náklady EBM závisí na:

Nákladové faktory EBM

  • Kupní cena stroje – 500 000 až přes 2 miliony dolarů
  • Náklady na prášek materiálu na kg
  • Náklady na práci za návrh dílu, provoz, následné zpracování
  • Objem výroby
  • Rychlost stavby a míra využití
  • Spotřeba energie
  • Údržba zařízení a režijní náklady

Typický rozsah

  • Malé díly v Ti-6Al-4V: 20–150 USD za díl
  • Větší letecké komponenty: 2 000–15 000+ USD
  • Hromadná výroba s vícepaprskovými systémy poskytuje nejnižší náklady

Srovnání mezi EBM a další procesy AM

EBM vs. Jiné kovové AM

EBMLaser PBFDEDTryskání pojiva
MateriályTi, Ni, Al, nástrojové oceliTi, Al, oceli, NiVětšina kovůNerezové oceli
HustotaPlně husté 99 %Plně husté 99 %99 % husté90-95 % husté
PřesnostVynikající, ± 0,2 %Vynikající, ± 0,1 %Střední, ± 1 %Střední, ± 0,5 %
Povrchová úpravaVelmi dobré, Ra 25 μmVynikající, Ra 10 μmHrubé, jak bylo nanesenoDobré po slinutí
Rychlost sestaveníMírnýRychleVelmi rychleMírný
Náklady na vybaveníVysokýVysokýMírnýNízký
AplikaceLetectví a kosmonautika, zdravotnictvíLetecký a automobilový průmyslOpravy, povlaky, velké dílySériová výroba
  • Laser PBF nabízí rychlejší rychlosti stavění a jemnější rozlišení než EBM.
  • EBM poskytuje vynikající vlastnosti materiálu s menším vnitřním pnutím.
  • Spékání pojiva je levnější, ale pro dosažení plné hustoty vyžaduje slinování.
  • DED je rychlý, ale hodí se pro rozsáhlé průmyslové aplikace.
  • Uživatelé vybírají proces na základě materiálů, kvality, rychlosti a rozpočtových potřeb.

Výzvy a omezení EBM

Některé výzvy s EBM zahrnují:

  • Vysoké náklady na stroje a materiál
  • Omezený počet dodavatelů zařízení a servisní podpora
  • Omezený výběr materiálů ve srovnání s jinými AM
  • Nižší rychlosti stavění než laser PBF
  • Manipulace s reaktivními kovovými prášky a jejich recyklace
  • Dodatečné zpracování pro uvolnění vnitřního pnutí
  • Požadavek vakuového prostředí během stavění

Probíhající vývoj si klade za cíl zvýšit rychlost stavění, snížit náklady na zařízení, rozšířit možnosti materiálů a učinit proces škálovatelnějším pro velkoobjemovou výrobu.

Budoucí výhled pro Technologie EBM

Budoucí trendy v EBM:

  • Vyšší rychlost stavění s novějšími více-paprskovými systémy
  • Větší stavební platformy nad 500 mm x 500 mm
  • Rozšířený rozsah materiálů včetně více slitin hliníku a mědi
  • Vylepšená manipulace s práškem a recyklace v uzavřené smyčce
  • Vylepšení softwaru pro návrh a optimalizaci procesů
  • Snížené náklady na zařízení a širší využití pro výrobu konečných produktů
  • Aplikace v satelitních komponentech, elektrické dopravě, nástrojích a biomedicínském sektoru

Pokroky v systémech EBM rozšíří využití v leteckém, automobilovém, lékařském, elektronickém a energetickém průmyslu.

Klíčové poznatky o technologii EBM

  • EBM používá elektronový paprsek k selektivnímu tavení a spojování částic kovového prášku vrstvu po vrstvě.
  • Vyrábí díly téměř konečného tvaru s vysokou čistotou materiálu, hustotou, pevností a přesností.
  • Slitiny titanu, niklové superslitiny, nástrojové oceli, slitiny hliníku jsou běžné materiály.
  • Letecký a lékařský sektor jsou dnes hlavními uživateli EBM.
  • Poskytuje výhody oproti odlévání, obrábění a dalším metodám AM pro složité geometrie.
  • Více-paprskové systémy dramaticky zlepšují rychlost stavění a rozsah výroby.
  • Probíhající vývoj si klade za cíl rozšířit materiálové možnosti a snížit náklady.
technologie ebm

Často kladené otázky o technologii EBM

Otázka: Jaké materiály lze zpracovávat pomocí EBM?

Odpověď: Mezi běžné materiály EBM patří slitiny titanu, niklové superslitiny, nástrojové oceli, nerezové oceli, kobalt-chrom, slitiny hliníku a slitiny mědi.

Otázka: Jaké jsou některé příklady dílů vyrobených pomocí EBM?

Odpověď: EBM se používá k výrobě kritických leteckých komponent, jako jsou lopatky turbín, konstrukční rámy, části motorů. Používá se také pro lékařské implantáty, automobilové prototypy, průmyslové nástroje a další.

Otázka: Jak přesná je EBM?

Odpověď: EBM nabízí vynikající rozměrovou přesnost v odchylce ±0,2 % ve srovnání s konstrukčními rozměry díky přesnému procesu tavení elektronovým paprskem.

Otázka: Je EBM rychlejší než metody 3D tisku kovů, jako je DMLS?

Odpověď: Obecně platí, že procesy tavení práškového lože laserem nabízejí v současnosti vyšší rychlost stavění než EBM. Nové více-paprskové systémy EBM se však snaží dosáhnout nebo překonat rychlosti PBF laserem.

Otázka: Jaké následné zpracování je vyžadováno pro díly EBM?

Odpověď: Typické následné zpracování zahrnuje odstranění podpěr, tepelné zpracování pro zmírnění pnutí, horké izostatické lisování a obrábění nebo broušení, pokud jsou kritické požadavky na povrchovou úpravu.

Otázka: Jaká je výhoda více-paprskového EBM?

Odpověď: Více-paprskové systémy používají více paralelních elektronových paprsků k tavení vrstev. To poskytuje mnohem vyšší rychlost stavění při zachování materiálových vlastností EBM.

Otázka: Vyrábí EBM porézní nebo zcela pevné díly?

Odpověď: EBM vyrábí více než 99% husté, plně pevné díly s vynikající integritou materiálu a vlastnostmi vhodnými pro funkční konečné použití v náročných aplikacích.

Otázka: Jak se prášek EBM recykluje?

Odpověď: Nepoužitý prášek lze shromáždit, prosít, aby se odstranily velké částice, smíchat s čerstvým práškem a znovu zavést do stroje pro opětovné použití.

Otázka: Je EBM šetrný k životnímu prostředí?

Odpověď: EBM má výhody z hlediska udržitelnosti díky vysoké míře opětovného použití prášku, nízkému odpadu a lehkému optimalizovanému designu, který snižuje spotřebu materiálu po celou dobu životnosti dílu.

znát více procesů 3D tisku

Sdílet na

Facebook
Cvrlikání
LinkedIn
WhatsApp
E-mailem

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

Získejte Metal3DP
Produktová brožura

Získejte nejnovější produkty a ceník