Comprender la tecnología EBM

Tecnología EBM es una tecnología avanzada de fabricación aditiva con capacidades únicas. Esta guía ofrece una visión completa de la tecnología EBM, incluido su funcionamiento, ventajas, aplicaciones, proveedores de sistemas y comparación con otros procesos de impresión 3D.

Introducción a la fusión por haz de electrones (EBM)

La fusión por haz de electrones es una técnica de fabricación aditiva que utiliza un haz de electrones para fundir y fusionar selectivamente partículas de polvo metálico capa por capa. Características principales:

• Utiliza un haz de electrones como fuente de energía para fundir polvo metálico
• Construye piezas fundiendo selectivamente capas de polvo
• Los materiales típicos son el titanio, las aleaciones de níquel, los aceros para herramientas, el aluminio
• Produce piezas totalmente densas con excelentes propiedades
• Admite geometrías complejas que no son posibles con fundición/mecanizado
• Ofrece libertad de diseño, personalización y plazos de entrega reducidos

EBM ofrece excelentes propiedades mecánicas, pureza del material, acabado superficial y precisión dimensional en piezas de uso final de los sectores aeroespacial, médico, de automoción y otros.

Esta guía ofrece una visión detallada del proceso de EBM, tecnologías, ventajas, aplicaciones, proveedores de sistemas y comparación con otros métodos de AM.

Cómo Tecnología EBM Obras

La fusión por haz de electrones fabrica piezas mediante los siguientes pasos clave:

Pasos del proceso EBM

• El modelo 3D diseñado en software CAD se convierte en un archivo .STL
• El archivo se divide en capas y se genera la secuencia de construcción.
• El polvo metálico se esparce uniformemente sobre la placa de impresión
• El haz de electrones explora y funde selectivamente el polvo para fusionar las capas
• La placa de construcción baja y se extiende una nueva capa de polvo
• El proceso se repite hasta que la pieza completa se construye capa por capa.
• El polvo no fundido soporta la pieza durante la fabricación
• La pieza terminada se retira de la máquina para su tratamiento posterior
• El haz de electrones de alta energía proporciona una fusión y soldadura rápidas y precisas
• El proceso se lleva a cabo a alta temperatura y al vacío para garantizar la pureza.
• El polvo no utilizado se recupera y reutiliza, con lo que se minimizan los residuos

Tipos de sistemas de MBE

En la actualidad existen dos tipos principales de sistemas de MBE:

Tipos de sistemas EBM

• Sistemas monohaz utilizan un único haz de electrones de alta potencia, normalmente de 50-60 kW. La velocidad de fabricación es menor debido a los requisitos de escaneado.
• Sistemas multihaz Utiliza varios haces a la vez para aumentar la velocidad. Reduce significativamente el tiempo de escaneado.
• La potencia de un haz oscila entre 3 y 6 kW. La potencia total de los sistemas multihaz supera los 10 MW.
• Los sistemas multihaz de última generación mejoran drásticamente los índices de fabricación.
• El control del haz, la exploración y el enfoque son subsistemas críticos para la fusión de precisión.

Materiales para la MBE

El EBM es compatible con una amplia gama de metales y aleaciones, incluidos:

Materiales EBM

• Las aleaciones de titanio como Ti-6Al-4V son las más comunes para componentes aeroespaciales críticos.
• Las superaleaciones de níquel destacan en entornos de altas temperaturas, como los motores de turbina.
• Los aceros para herramientas proporcionan la dureza necesaria para moldes y utillajes duraderos.
• Las aleaciones biocompatibles se utilizan para implantes y dispositivos médicos.
• La EBM admite metales reactivos como el titanio y el aluminio mejor que los procesos basados en láser.

Beneficios y ventajas de la MBE

Entre las principales ventajas que hacen que la EBM resulte atractiva para las aplicaciones de producción se incluyen:

Beneficios de la MBE

• Piezas totalmente densas y sin huecos
• Excelentes propiedades mecánicas
• Gran precisión geométrica y dimensional
• Buen acabado superficial y detalles finos
• Pocos requisitos de postprocesamiento
• Piezas de gran pureza con menos contaminación
• Menos residuos de material gracias a la recuperación del polvo
• Admite geometrías interiores complejas
• Combina varias piezas en un solo diseño

Vs. Fabricación tradicional

• Permite diseños más ligeros y resistentes que no son posibles con fundición o mecanizado
• Consolida los ensamblajes en piezas impresas individuales
• Permite formas que no se pueden moldear ni forjar
• Reduce el plazo de entrega de meses a semanas
• Reduce los costes de producción de lotes pequeños

Aplicaciones de EBM

Las ventajas de la MBE la hacen adecuada para:

Aplicaciones de EBM

• El sector aeroespacial utiliza ampliamente la EBM para obtener piezas de titanio y aleaciones de níquel más ligeras y resistentes.
• El sector médico aprovecha la libertad geométrica y la biocompatibilidad de EBM para implantes.
• Los investigadores de automoción lo utilizan para producir diseños de topología ligera optimizados.
• Los canales de refrigeración conformados pueden incorporarse a las herramientas de moldeo por inyección.
• La industria del petróleo y el gas lo utiliza para componentes de alta temperatura y alta presión.
• La electrónica se beneficia de los finos detalles y las aleaciones conductoras de EBM.

Proveedores de sistemas EBM

Entre los principales fabricantes de sistemas de EBM figuran:

Proveedores de Máquina EBM

• Arcam EBM, ahora parte de GE Additive, es el líder del mercado en sistemas EBM.
• Otras empresas como Freemelt y Wayland Additive ofrecen sistemas EBM multihaz de última generación.
• Las capacidades de las máquinas van desde volúmenes de 150 mm x 150 mm x 150 mm hasta versiones más grandes de 1.000 mm.
• Las máquinas EBM más modernas permiten la manipulación automatizada del polvo y el reciclado en circuito cerrado.
• Se ofrecen parámetros personalizados y formación para distintas aplicaciones.

Análisis de costes para EBM

Los costes de producción de EBM dependen de:

Factores de coste de la EBM

• Precio de compra de la máquina - de $500.000 a más de $2 millones
• Coste del material en polvo por kg
• Costes de mano de obra para el diseño, el funcionamiento y el tratamiento posterior de las piezas
• Volumen de producción
• Velocidad de construcción e índices de utilización
• Consumo de energía
• Mantenimiento de equipos y gastos generales

Alcance típico

• Piezas pequeñas de Ti-6Al-4V: $20 - 150 por pieza
• Componentes aeroespaciales de mayor tamaño: $2000 - 15.000+
• La producción de grandes volúmenes con sistemas multihaz reduce los costes

Comparación entre EBM y otros procesos AM

EBM vs. Otros metales AM

• La PBF láser ofrece una mayor velocidad de fabricación y una resolución más fina que la EBM.
• El EBM proporciona excelentes propiedades de los materiales con menos tensiones internas.
• La inyección de aglutinante es menos costosa, pero necesita sinterización para alcanzar la densidad total.
• La DED es rápida, pero se adapta a las aplicaciones industriales a gran escala.
• Los usuarios seleccionan el proceso en función de los materiales, la calidad, la velocidad y las necesidades presupuestarias.

Retos y limitaciones de la MBE

Algunos de los retos de la MBE son

• Costes elevados de maquinaria y material
• Proveedores de equipos y asistencia técnica limitados
• Selección restringida de materiales en comparación con otros AM
• Velocidades de fabricación inferiores al PBF láser
• Manipulación y reciclaje de polvos metálicos reactivos.
• Tratamiento posterior para aliviar las tensiones internas
• Necesidad de un entorno de vacío durante la construcción

Los desarrollos en curso pretenden aumentar los índices de fabricación, reducir los costes de los equipos, ampliar las capacidades de los materiales y hacer que el proceso sea más escalable para la fabricación de grandes volúmenes.

Perspectivas de futuro Tecnología EBM

Tendencias futuras de la MBE:

• Velocidades de construcción más rápidas con los nuevos sistemas multihaz
• Plataformas de construcción más grandes de 500 mm x 500 mm
• Gama de materiales ampliada con más aleaciones de aluminio y cobre
• Manipulación mejorada del polvo y reciclaje en circuito cerrado
• Mejoras de software para el diseño y la optimización de procesos
• Reducción de los costes de los equipos y mayor adopción para la fabricación final
• Aplicaciones en componentes de satélites, transporte eléctrico, utillaje y sectores biomédicos.

Los avances en los sistemas de EBM ampliarán su adopción en los sectores aeroespacial, automovilístico, médico, electrónico y energético.

Aspectos clave de la tecnología EBM

• La EBM utiliza un haz de electrones para fundir y fusionar selectivamente partículas de polvo metálico capa por capa.
• Produce piezas de forma casi neta con gran pureza de material, densidad, resistencia y precisión.
• Las aleaciones de titanio, las superaleaciones de níquel, los aceros para herramientas y las aleaciones de aluminio son materiales comunes.
• Los sectores aeroespacial y médico son los principales adoptantes de la MBE en la actualidad.
• Ofrece ventajas sobre la fundición, el mecanizado y otros métodos de AM para geometrías complejas.
• Los sistemas multihaz mejoran drásticamente la velocidad de fabricación y la escala de producción.
• Los desarrollos en curso pretenden ampliar las capacidades materiales y reducir los costes.

Preguntas frecuentes sobre la tecnología EBM

P: ¿Qué materiales pueden procesarse con EBM?

R: Los materiales de EBM más comunes son las aleaciones de titanio, las superaleaciones de níquel, los aceros para herramientas, los aceros inoxidables, el cromo-cobalto, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de cobre.

P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de piezas fabricadas por EBM?

R: La EBM se utiliza para fabricar componentes aeroespaciales críticos, como álabes de turbina, armazones estructurales y piezas de motor. También se utiliza para implantes médicos, prototipos de automoción, herramientas industriales, etc.

P: ¿Qué grado de precisión tiene la MBE?

R: La EBM ofrece una excelente precisión dimensional con una desviación de ±0,2% respecto a las dimensiones de diseño gracias al preciso proceso de fusión por haz de electrones.

P: ¿Es la EBM más rápida que los métodos de impresión 3D en metal como el DMLS?

R: En general, los procesos de fusión de lecho de polvo por láser ofrecen velocidades de fabricación más rápidas que la EBM actual. Pero los nuevos sistemas EBM multihaz aspiran a igualar o superar las velocidades de PBF láser.

P: ¿Qué tratamiento posterior requieren las piezas EBM?

R: El postprocesado típico incluye la eliminación de soportes, el tratamiento térmico de alivio de tensiones, el prensado isostático en caliente y el mecanizado o rectificado si los requisitos de acabado superficial son críticos.

P: ¿Qué ventajas tiene la EBM multihaz?

R: Los sistemas multihaz utilizan múltiples haces de electrones paralelos para fundir las capas. De este modo, se obtienen velocidades de producción mucho más rápidas sin perder las propiedades del material EBM.

P: ¿La EBM produce piezas porosas o completamente sólidas?

R: EBM produce más de 99% piezas densas y totalmente sólidas con una excelente integridad del material y propiedades adecuadas para el uso final funcional en aplicaciones exigentes.

P: ¿Cómo se recicla el polvo EBM?

R: El polvo no utilizado puede recogerse, tamizarse para eliminar las partículas grandes, mezclarse con polvo fresco y volver a introducirse en la máquina para su reutilización.

P: ¿La EBM es respetuosa con el medio ambiente?

R: La EBM ofrece ventajas de sostenibilidad gracias a sus elevados índices de reutilización del polvo, la escasez de residuos y los diseños ligeros optimizados que reducen el uso de material a lo largo del ciclo de vida de la pieza.

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