Drukarka 3D do topienia wiązką elektronów

Przegląd drukarki 3D do topienia wiązką elektronów

Drukarka 3D do topienia wiązką elektronów to technologia wytwarzania przyrostowego powszechnie stosowana do drukowania 3D części metalowych. Wiązka elektronów selektywnie topi proszek metalowy warstwa po warstwie w oparciu o model CAD, tworząc złożone geometrie, które nie mają sobie równych w konwencjonalnej produkcji.

Drukarki 3D EBM oferują korzyści takie jak swoboda projektowania, masowa personalizacja, zmniejszenie ilości odpadów i lekkość. Kluczowe zastosowania znajdują się w przemyśle lotniczym, medycznym, dentystycznym i motoryzacyjnym. Materiały drukowane na systemach EBM obejmują tytan, stopy niklu, stal nierdzewną, aluminium i kobalt-chrom.

Rodzaje drukarek 3D EBM

Proces drukowania EBM

Proces drukowania EBM działa w następujący sposób:

1. Metalowy proszek jest równomiernie rozprowadzany na płycie roboczej za pomocą mechanizmu grabiącego
2. Wiązka elektronów selektywnie podgrzewa proszek metalu do około 80% jego temperatury topnienia, spiekając cząstki razem
3. Wiązka elektronów wykonuje drugie przejście, szybko topiąc materiał zgodnie z geometrią warstwy
4. Płyta robocza obniża się i kolejna warstwa proszku jest rozprowadzana na obszarze roboczym.
5. Kroki 2-4 są powtarzane do momentu, aż cała część zostanie zbudowana z warstw stopionego metalu.

Elementy sprzętowe drukarki EBM

Drukarki EBM zawierają następujące główne komponenty sprzętowe, które umożliwiają proces drukowania:

• Pistolet elektronowy: Generuje skupioną wiązkę elektronów w celu selektywnego stopienia proszku metalu zgodnie z danymi CAD wprowadzonymi do drukarki. Elektrony są emitowane z katody żarnika wolframowego i przyspieszane do wysokiej energii kinetycznej. Elektromagnesy skupiają i odchylają wiązkę.
• Obsługa proszków: Zbiorniki na proszek przechowują surowiec, który jest zgarniany na płytę roboczą przed każdą warstwą druku. Nadmiar proszku jest zbierany i przesiewany w celu ponownego użycia.
• Budowa zbiornika: Uszczelniona komora, w której topnienie warstwy odbywa się w wysokiej temperaturze w próżni. Funkcje takie jak elementy grzewcze i osłony termiczne utrzymują temperaturę do 1000°C w obszarze roboczym.
• System kontroli: Umożliwia sterowanie parametrami roboczymi, takimi jak prędkość, moc wiązki, wzorce skanowania i temperatura, za pomocą oprogramowania interfejsu drukarki. Ułatwia również ładowanie modeli CAD.

Materiały EBM do druku

Zalety druku 3D w technologii EBM

Ograniczenia drukowania EBM

Podział kosztów

Poniżej przedstawiono porównanie kosztów wykonania 10-kobaltowo-chromowych uzupełnień protetycznych na drukarce Arcam EBM:

W przeciwieństwie do tego, outsourcing produkcji wzorów woskowych + odlewanie metodą traconego wosku dla 10 jednostek kosztowałoby $600 za jednostkę - tak więc EBM oferuje znaczną redukcję kosztów jednostkowych, zwłaszcza przy wyższych wolumenach.

Drukarka 3D do topienia wiązką elektronów Dostawcy

Do wiodących producentów sprzętu do drukarek EBM i dostawców materiałów proszkowych należą:

Średni koszt systemu wynosi od $500,000 do $1 miliona, wliczając w to sprzęt pomocniczy, taki jak stacje usuwania proszku. Ceny materiałów wahają się od $100 za kg aluminium do $800 za kg specjalistycznych nadstopów niklu.

Drukarka 3D do topienia wiązką elektronów Normy i certyfikaty

Kluczowe normy związane z jakością, specyfikacjami i kontrolą procesu dla systemów topienia wiązką elektronów obejmują:

Zarówno sprzęt EBM, jak i system jakości producenta mogą być certyfikowane zgodnie z normą ISO 9001. W przypadku zastosowań lotniczych zastosowanie mają dodatkowe specyfikacje, takie jak AS9100D.

Topienie wiązką elektronów a inne metody AM

Zastosowania Drukarka 3D do topienia wiązką elektronów

Ze względu na zdolność do wytwarzania złożonych geometrii w różnych metalach o wysokiej wydajności, topienie wiązką elektronów znajduje zastosowanie w takich branżach jak:

Aerospace: Lekkie komponenty lotnicze, takie jak wsporniki i rozpórki ze stopów tytanu i niklu, zapewniają korzyści w zakresie oszczędności paliwa. EBM umożliwia również konsolidację kanałów prowadzenia płynów i elementów montażowych w pojedynczych częściach.

Medycyna i stomatologia: Implanty kobaltowo-chromowe i tytanowe o porowatych powierzchniach, które sprzyjają osteointegracji, można dostosować do anatomii pacjenta za pomocą EBM. Znaczna personalizacja i redukcja odpadów w porównaniu z tradycyjnymi rozmiarami i kształtami implantów.

Motoryzacja: Lekkie części, takie jak aluminiowe lub tytanowe pokrywy zaworów i zaciski hamulcowe, zmniejszają masę pojazdu, zapewniając lepszą oszczędność paliwa. Krótkie serie niestandardowych kół turbosprężarek zoptymalizowanych pod kątem zastosowań wyścigowych są również ekonomicznie opłacalne.

Oprzyrządowanie: Konformalne kanały chłodzące mogą być wbudowane w oprzyrządowanie formy wtryskowej, aby przyspieszyć czas cyklu. Szybka realizacja 10-20 iteracji układu kanałów chłodzących możliwa dzięki EBM w porównaniu z tygodniami w przypadku metod konwencjonalnych.

Najczęściej zadawane pytania

Podsumowanie

Topienie wiązką elektronów wykorzystuje skoncentrowaną wiązkę elektronów o dużej mocy w próżni do selektywnego łączenia cząstek proszku metalowego warstwa po warstwie, aż do uzyskania w pełni zwartych części. Drukarki EBM 3D tworzą bardzo złożone geometrie, niespotykane w żadnej innej technologii, umożliwiając personalizację, zmniejszenie masy i konsolidację części w różnych branżach, od urządzeń medycznych po komponenty lotnicze. Chociaż maksymalna objętość wydruku jest ograniczona w porównaniu z innymi metalowymi technikami addytywnymi lub konwencjonalnymi, topienie wiązką elektronów otwiera nowe możliwości projektowe i zwinne podejścia do produkcji, które wcześniej nie były możliwe.

poznaj więcej procesów druku 3D