3d-printer voor smelten met elektronenbundel

Overzicht van elektronenstraal smeltende 3d printer

3d-printer voor smelten met elektronenbundel is een additieve productietechnologie die vaak wordt gebruikt voor het 3D-printen van metalen onderdelen. Een elektronenbundel smelt selectief metaalpoeder laag voor laag op basis van een CAD-model om complexe geometrieën te bouwen die ongeëvenaard zijn door conventionele productie.

EBM 3D printers bieden voordelen zoals ontwerpvrijheid, mass customization, minder afval en lichtgewicht. De belangrijkste toepassingen zijn te vinden in de ruimtevaart, de medische, tandheelkundige en auto-industrie. Materialen die geprint worden op EBM systemen zijn onder andere titanium, nikkellegeringen, roestvrij staal, aluminium en kobalt-chroom.

EBM 3D Printer Soorten

EBM afdrukproces

Het EBM-printproces werkt als volgt:

1. Metaalpoeder wordt gelijkmatig over een bouwplaat verdeeld met behulp van een harkmechanisme
2. Een elektronenbundel verwarmt het metaalpoeder selectief voor tot ongeveer 80% van het smeltpunt, waardoor de deeltjes aan elkaar sinteren.
3. De elektronenbundel doet een tweede pass, waarbij het materiaal snel smelt volgens de laaggeometrie.
4. De bouwplaat zakt naar beneden en er wordt nog een laag poeder over het bouwgebied verspreid.
5. De stappen 2-4 worden herhaald totdat het volledige onderdeel is opgebouwd uit lagen gesmolten metaal.

Hardwareonderdelen EBM-printer

EBM-printers bevatten de volgende belangrijke hardwarecomponenten die het printproces mogelijk maken:

• Elektronenkanon: Genereert een gerichte elektronenbundel om het metaalpoeder selectief te smelten volgens de CAD-gegevens die in de printer zijn ingevoerd. Elektronen worden uitgezonden door een kathode van een wolfraamdraad en versneld tot een hoge kinetische energie. Elektromagneten richten en buigen de bundel af.
• Behandeling van poeder: Poedertrechters slaan ruw materiaal op dat voor elke printlaag op de bouwplaat wordt geharkt. Overtollig poeder wordt opgevangen en gezeefd voor hergebruik.
• Tank bouwen: Afgesloten kamer waar het smelten van de lagen gebeurt bij hoge temperatuur in een vacuüm. Voorzieningen zoals verwarmingselementen en thermische schilden handhaven omgevingen tot 1000°C in het bouwgebied.
• Controle systeem: Hiermee kunnen bedrijfsparameters zoals snelheid, bundelvermogen, scanpatronen en temperatuur worden geregeld via de software van de printerinterface. Maakt ook het laden van CAD-modellen mogelijk.

EBM printbare materialen

Voordelen van EBM 3D printen

Beperkingen van EBM afdrukken

Kostenverdeling

Hieronder ziet u een kostenvergelijking voor het maken van 10cobalt-chrome tandheelkundige copings op een Arcam EBM-printer:

Daarentegen zou het uitbesteden van de fabricage van waspatronen + verlorenwasgieten voor 10 eenheden $600 per eenheid kosten - EBM biedt dus een aanzienlijke kostenreductie per eenheid, vooral bij hogere volumes.

3d-printer voor smelten met elektronenbundel Leveranciers

Enkele toonaangevende fabrikanten van EBM-printers en leveranciers van metaalpoedermaterialen zijn:

De gemiddelde systeemkosten bedragen $500.000 tot $1 miljoen inclusief hulpapparatuur zoals poederverwijderingsstations. De materialen variëren van $100 per kg voor aluminium tot $800 per kg voor speciale nikkelsuperlegeringen.

3d-printer voor smelten met elektronenbundel Normen en certificeringen

De belangrijkste normen in verband met kwaliteit, specificaties en procescontrole voor elektronenstraalsmeltsystemen zijn onder andere:

Zowel de EBM hardware als het kwaliteitssysteem van de fabrikant kunnen gecertificeerd zijn volgens ISO 9001. Voor luchtvaarttoepassingen gelden aanvullende specificaties zoals AS9100D.

Elektronenstraalsmelten vs Ander Metaal AM

Toepassingen van 3d-printer voor smelten met elektronenbundel

Vanwege de mogelijkheid om complexe geometrieën te produceren in verschillende hoogwaardige metalen, wordt elektronenstraalsmelten gebruikt in industrieën zoals:

Lucht- en ruimtevaart: Het lichter maken van ruimtevaartonderdelen zoals beugels en steunen van titanium en nikkellegering biedt voordelen op het gebied van brandstofefficiëntie. EBM maakt ook de consolidatie van vloeistofgeleidingskanalen en montagefuncties in afzonderlijke onderdelen mogelijk.

Medisch en tandheelkundig: Kobaltchroom- en titaniumimplantaten met poreuze oppervlakken die osseo-integratie bevorderen, kunnen via EBM worden aangepast aan de anatomie van de patiënt. Aanzienlijk maatwerk en afvalvermindering ten opzichte van traditionele standaard implantaatmaten en -vormen.

Automobiel: Lichtgewicht onderdelen zoals aluminium of titanium kleppendeksels en remklauwen verminderen het gewicht van het voertuig voor een beter brandstofverbruik. Korte series van aangepaste turbocompressorwielen die geoptimaliseerd zijn voor racetoepassingen zijn ook economisch haalbaar.

Gereedschap: Conforme koelkanalen kunnen worden ingebouwd in spuitgietgereedschap om cyclustijden te verkorten. Snelle doorlooptijd van 10-20 iteraties van de lay-out van koelkanalen is mogelijk met EBM in plaats van weken voor conventionele methoden.

Veelgestelde vragen

Samenvatting

Electron beam melting maakt gebruik van een geconcentreerde, krachtige elektronenbundel in een vacuüm om metaalpoederdeeltjes laag voor laag selectief te versmelten tot volledig dichte onderdelen worden gevormd. EBM 3D printers bouwen zeer complexe geometrieën die door geen enkele andere technologie worden geëvenaard, wat maatwerk, lichtgewicht en onderdelenconsolidatie mogelijk maakt in industrieën variërend van medische apparatuur tot onderdelen voor de ruimtevaart. Hoewel de maximale printvolumes beperkt zijn in vergelijking met andere additieve of conventionele metaaltechnieken, opent elektronenstraalsmelting nieuwe ontwerpmogelijkheden en flexibele productiebenaderingen die voorheen niet mogelijk waren.

ken meer 3D-printprocessen