Fabrication de faisceaux d'électrons

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Fabrication par faisceau d'électrons désigne un processus de fabrication additive qui utilise un faisceau focalisé d'électrons à haute énergie pour fondre et fusionner sélectivement des particules de poudre métallique couche par couche afin de fabriquer directement des composants complexes en 3D.

Également connu sous le nom de fusion par faisceau d'électrons (EBM) ou de fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons, ce procédé offre des capacités telles que la vitesse de fabrication, les propriétés des matériaux, l'état de surface et la liberté géométrique, qui sont inégalées par les méthodes de fabrication traditionnelles.

Ce guide donne une vue d'ensemble de la fabrication par faisceau d'électrons, couvrant les capacités des procédés, les matériaux, les applications, les fournisseurs de systèmes, les comparaisons de compromis et les questions fréquemment posées lorsqu'on envisage d'adopter ce procédé.

fabrication de faisceaux d'électrons

Aperçu du processus de fabrication des faisceaux d'électrons

  • La poudre métallique est répartie uniformément sur la plaque de construction
  • Le faisceau d'électrons balaye des trajectoires définies en fusionnant la poudre
  • L'indice des plaques est en baisse, une nouvelle couche est étalée sur le dessus.
  • Le préchauffage thermique maintient la température du processus
  • Chambre maintenue sous vide pendant la construction
  • Soutenir la structure là où c'est nécessaire
  • Les pièces finales sont découpées et finies selon les besoins

Les faisceaux d'électrons offrent une pénétration plus rapide et plus profonde que les lasers dans les matériaux conducteurs, ce qui permet des taux de fabrication plus élevés avec moins de contraintes résiduelles.

Matériaux utilisés dans la fabrication par faisceau d'électrons

Une large gamme d'alliages est traitée, chacun étant optimisé pour la chimie et la distribution de la taille des particules :

MatériauAlliages courantsVue d'ensemble
Alliage de titaneTi6Al4V, Ti6Al4V ELIMélanges de qualité aérospatiale à haute résistance et faible poids
Alliage de nickelInconel 718, 625, Haynes 282Superalliages résistants à la chaleur et à la corrosion pour turbines
Chrome cobaltCoCrMoAlliage biocompatible et résistant à l'usure pour implants
Acier inoxydable17-4PH, 316L, 304LHaute résistance à la corrosion
Acier à outilsH13, acier maragingDureté extrême/résistance à l'usure
Alliage d'aluminiumScalmalloyLargeurs personnalisées Taux de solidification rapide

Des avantages tels que le contrôle de la structure des grains et des défauts favorisent l'amélioration des propriétés mécaniques.

Caractéristiques et tolérances

Outre les propriétés d'alliage sur mesure, les principales capacités de traitement sont les suivantes :

AttributDescription
Finition de la surfaceRugosité aussi faible que 5 μm, suffisamment lisse pour l'utilisation finale en fonction de la géométrie, aucune finition n'est nécessaire.
Résolution de l'articleDétails fins jusqu'à ~100 μm pris en charge par les paramètres du processus.
Précision± 0,2% avec une déviation de 50 μm sur 100 mm de dimensions de pièces
DensitéPlus de 99,8% de la valeur maximale théorique, la plus élevée des méthodes d'AM des métaux
Taille du bâtimentComposants d'une longueur supérieure à 1000 mm possibles, en fonction du modèle de système
PrototypageCapable de produire des lots uniques ou de petite taille, idéal pour les modèles d'ingénierie nécessitant des métaux.
ProductionLes industries aérospatiale et médicale commencent à certifier le processus pour la production de pièces d'utilisation finale

La constance et la qualité permettent des applications à forte demande.

Fabrication de faisceaux d'électrons Applications

L'industrieUtilisationsExemples de composants
AérospatialeComposants structurels, pièces de moteurAubes, cadres et supports de turbines
MédicalImplants orthopédiques, outils chirurgicauxImplants de hanche, de genou, de crâne, pinces
AutomobileComposants légers et performantsTurbines, collecteurs
IndustrielProduction de métaux pour utilisation finaleBras robotiques légers, pièces pour la manipulation des fluides

D'autres utilisations spécialisées permettent de tirer parti des synergies en matière de conception, de matériaux et de performances.

Fabricants de systèmes et prix

FabricantDescriptionFourchette de prix de base
Arcam (GE)Des pionniers avec une série de modèles de systèmes EBM$1,5M – $2M
Velo3DLes systèmes avancés promettent des détails plus fins et des constructions plus hautes$$$$
JeolRecherche et production à petite échelle$$$

Les dépenses opérationnelles liées aux matériaux, à l'argon et à l'électricité peuvent aller de $100 à $1000+ par jour en fonction de la construction.

Compromis entre le faisceau d'électrons et d'autres procédés

Pour :

  • Taux de construction plus élevé que la fusion laser sur lit de poudre
  • Contrainte résiduelle inférieure à celle des méthodes laser
  • Précision et finition de surface exceptionnelles
  • Matériau d'entrée de haute pureté pour les propriétés
  • Volumes de production futurs à fort potentiel

Cons :

  • Encore en phase de maturation par rapport à d'autres technologies de lit de poudre
  • Capacité d'encombrement inférieure à celle des méthodes laser
  • La disponibilité des matériaux continue de s'accroître
  • Coût de possession de l'équipement plus élevé
  • Contraintes autour des géométries nécessitant un support

Pour les bonnes applications, un potentiel de performance inégalé.

FAQ

Qu'est-ce qui détermine la taille maximale des pièces ?

La zone de balayage maximale du modèle de système, les limites de la stratégie de balayage, les contraintes thermiques, les contraintes d'étalement de la poudre et le nombre de composants définissent les capacités de taille jusqu'à des longueurs testées de ~800 mm.

Comment le processus affecte-t-il les propriétés des matériaux ?

Des taux de refroidissement rapides à partir de profils thermiques contrôlés confèrent des microstructures fines qui renforcent la résistance. Les paramètres sont équilibrés par rapport aux contraintes résiduelles.

Qu'est-ce qui détermine la capacité de finition de la surface ?

La taille du spot, la puissance du faisceau, la stratégie de balayage, l'épaisseur ultérieure de la couche de poudre, la contamination particulaire et les influences du gradient thermique se combinent pour permettre une qualité de surface exceptionnelle au moment de la fabrication.

Quelles précautions de sécurité sont nécessaires ?

Outre les protections pour la manipulation des poudres, les systèmes à faisceaux d'électrons nécessitent des salles certifiées dotées d'un blindage de type cage de Faraday, de dispositifs de verrouillage de sécurité et d'un calcul du temps d'exposition maximal des occupants.

Quelles sont les étapes typiques du post-traitement ?

Les post-procédés tels que le pressage isostatique à chaud pour réduire la porosité, les traitements thermiques pour améliorer les performances mécaniques et l'usinage soustractif sont couramment utilisés pour la finition des composants.

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MET3DP Technology Co. est un fournisseur de premier plan de solutions de fabrication additive dont le siège se trouve à Qingdao, en Chine. Notre société est spécialisée dans les équipements d'impression 3D et les poudres métalliques de haute performance pour les applications industrielles.

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