Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker

Übersicht von Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker

Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker ist eine additive Fertigungstechnologie, die üblicherweise für den 3D-Druck von Metallteilen verwendet wird. Ein Elektronenstrahl schmilzt selektiv Metallpulver Schicht für Schicht auf der Grundlage eines CAD-Modells, um komplexe Geometrien zu erzeugen, die in der konventionellen Fertigung nicht erreicht werden.

EBM 3D-Drucker bieten Vorteile wie Designfreiheit, Massenanpassung, weniger Abfall und geringes Gewicht. Die wichtigsten Anwendungen liegen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin-, Dental- und Automobilindustrie. Zu den mit EBM-Systemen gedruckten Materialien gehören Titan, Nickellegierungen, Edelstahl, Aluminium und Kobalt-Chrom.

EBM 3D-Drucker-Typen

EBM-Druckverfahren

Das EBM-Druckverfahren funktioniert wie folgt:

1. Metallpulver wird mit Hilfe eines Rechenmechanismus gleichmäßig auf einer Bauplatte verteilt
2. Ein Elektronenstrahl heizt das Metallpulver selektiv auf etwa 80% seines Schmelzpunktes vor, wodurch die Partikel zusammengesintert werden
3. Der Elektronenstrahl führt einen zweiten Durchgang durch und schmilzt das Material entsprechend der Schichtgeometrie schnell auf.
4. Die Bauplatte senkt sich und eine weitere Schicht Pulver wird auf die Bauplattform aufgetragen.
5. Die Schritte 2 bis 4 werden wiederholt, bis das gesamte Teil aus Schichten geschmolzenen Metalls aufgebaut ist.

EBM-Drucker-Hardwarekomponenten

EBM-Drucker enthalten die folgenden wichtigen Hardwarekomponenten, die den Druckvorgang ermöglichen:

• Elektronenkanone: Erzeugt einen fokussierten Elektronenstrahl zum selektiven Schmelzen des Metallpulvers entsprechend den in den Drucker eingegebenen CAD-Daten. Die Elektronen werden von einer Wolframglühkathode emittiert und auf eine hohe kinetische Energie beschleunigt. Elektromagnete fokussieren und lenken den Strahl ab.
• Handhabung von Pulver: In den Pulverbehältern wird das Rohmaterial gelagert, das vor jeder Druckschicht auf die Bauplatte geschüttet wird. Überlaufendes Pulver wird aufgefangen und zur Wiederverwendung gesiebt.
• Tank bauen: Versiegelte Kammer, in der das Schmelzen der Schichten bei hoher Temperatur im Vakuum stattfindet. Merkmale wie Heizelemente und thermische Abschirmungen sorgen für eine Umgebungstemperatur von bis zu 1000°C im Baubereich.
• Kontrollsystem: Ermöglicht die Steuerung von Betriebsparametern wie Geschwindigkeit, Strahlleistung, Scanmuster und Temperatur über die Druckerschnittstellensoftware. Erleichtert auch das Laden von CAD-Modellen.

EBM-Materialien zum Ausdrucken

Vorteile des EBM 3D-Drucks

Beschränkungen des EBM-Drucks

Kostenaufschlüsselung

Ein Kostenvergleich für die Herstellung von 10-Kobalt-Chrom-Zahnkappen auf einem Arcam EBM-Drucker ist unten dargestellt:

Im Gegensatz dazu würde das Outsourcing der Wachsmodellherstellung und des Wachsausschmelzverfahrens für 10 Stück $600 pro Stück kosten - EBM bietet also eine erhebliche Kostenreduzierung pro Stück, insbesondere bei höheren Stückzahlen.

Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker Anbieter

Zu den führenden Herstellern von EBM-Druckern und Anbietern von Metallpulvermaterialien gehören:

Die durchschnittlichen Systemkosten belaufen sich auf $500.000 bis $1 Million, einschließlich der Zusatzausrüstung wie Pulverentfernungsstationen. Die Materialien reichen von $100 pro kg für Aluminium bis zu $800 pro kg für spezielle Nickelsuperlegierungen.

Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker Normen und Zertifizierungen

Zu den wichtigsten Normen im Zusammenhang mit Qualität, Spezifikationen und Prozesskontrolle für Elektronenstrahlschmelzsysteme gehören:

Sowohl die EBM-Hardware als auch das Qualitätssystem des Herstellers können nach ISO 9001 zertifiziert sein. Für Luft- und Raumfahrtanwendungen gelten zusätzliche Spezifikationen wie AS9100D.

Elektronenstrahlschmelzen im Vergleich zu anderen Metall-AM

Anwendungen von Elektronenstrahlschmelzen 3d Drucker

Aufgrund seiner Fähigkeit, komplexe Geometrien in verschiedenen Hochleistungsmetallen herzustellen, wird das Elektronenstrahlschmelzen in verschiedenen Branchen eingesetzt:

Luft- und Raumfahrt: Die Gewichtsreduzierung von Luft- und Raumfahrtkomponenten wie Halterungen und Streben aus Titan- und Nickellegierungen bietet Vorteile bei der Treibstoffeffizienz. EBM ermöglicht auch die Konsolidierung von Flüssigkeitsführungskanälen und Befestigungselementen in einzelnen Teilen.

Medizin und Zahnmedizin: Kobaltchrom- und Titanimplantate mit porösen Oberflächen, die die Osseointegration fördern, können mittels EBM auf die Anatomie des Patienten zugeschnitten werden. Signifikante Anpassung und Abfallreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Standardimplantatgrößen und -formen.

Automobilindustrie: Durch die Gewichtsreduzierung von Teilen wie Ventilabdeckungen aus Aluminium oder Titan und Bremssätteln wird das Fahrzeuggewicht reduziert, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Auch Kleinserien von kundenspezifischen Turboladerrädern, die für Rennanwendungen optimiert sind, sind wirtschaftlich sinnvoll.

Werkzeuge: Konforme Kühlkanäle können in Spritzgießwerkzeuge eingebaut werden, um die Zykluszeiten zu verkürzen. Schnelle Durchlaufzeiten von 10-20 Iterationen des Kühlkanal-Layouts sind mit EBM möglich, im Gegensatz zu Wochen bei herkömmlichen Methoden.

FAQs

Zusammenfassung

Beim Elektronenstrahlschmelzen wird ein konzentrierter, leistungsstarker Elektronenstrahl im Vakuum eingesetzt, um Metallpulverpartikel selektiv Schicht für Schicht zu verschmelzen, bis vollständig dichte Teile entstehen. Mit EBM-3D-Druckern lassen sich hochkomplexe Geometrien herstellen, die von keiner anderen Technologie erreicht werden. Sie ermöglichen die individuelle Anpassung, Leichtbauweise und Konsolidierung von Teilen in verschiedenen Branchen, von medizinischen Geräten bis hin zu Komponenten für die Luft- und Raumfahrt. Obwohl das maximale Druckvolumen im Vergleich zu anderen additiven oder konventionellen Metallverfahren begrenzt ist, eröffnet das Elektronenstrahlschmelzen neue Designmöglichkeiten und flexible Fertigungsansätze, die bisher nicht möglich waren.

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