Разница между технологией EBM и технологией DMLS

Представьте себе, как вы слой за слоем создаете сложные металлические объекты, каждый слой которых тщательно сплавляется для создания конечного трехмерного шедевра. Это не научная фантастика, это магия аддитивного производства металла, также известного как 3D-печать. Но в этом царстве творчества есть два титана: Электронно-лучевое плавление (EBM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS). Хотя обе технологии используют металлические порошки для воплощения цифровых проектов в жизнь, они различаются по своему подходу, как два искусных художника, владеющих разными инструментами. Давайте погрузимся в сложный танец этих технологий, изучим их нюансы и определим идеальный выбор для вашего следующего проекта.

Различные источники энергии

EBM использует энергию сфокусированного электронного пучка, действующего как миниатюрный ускоритель частиц. Этот высокоэнергетический луч расплавляет частицы металлического порошка в высоковакуумной камере, создавая расплавленный бассейн, который сплавляется с окружающими слоями. Представьте, что это крошечная кисточка, тщательно расплавляющая металлический порошок для создания вашего дизайна.

С другой стороны, DMLS В качестве источника тепла используется мощный волоконный лазер. Этот лазерный луч сканирует по слою металлического порошка, выборочно расплавляя частицы для формирования нужной геометрии. Представьте, что вы используете лазерный резак на листе металлического порошка, но с невероятной точностью, создавая объект слой за слоем.

Вот таблица, в которой приведены основные различия между источниками энергии:

Что означает это различие? Высоковакуумная среда EBM сводит к минимуму окисление, что делает ее идеальной для реактивных металлов, таких как титан и тантал. В DMLS, напротив, используется атмосфера инертного газа, что обеспечивает более широкий диапазон совместимости с металлическими порошками.

Два продукта имеют разную скорость формования

EBM Благодаря мощному сфокусированному электронному лучу он отличается впечатляющей скоростью формования. Это позволяет ускорить процесс изготовления, особенно крупных деталей. Представьте себе, как опытный художник быстро работает с мощным инструментом, завершая работу над произведением искусства в более короткие сроки.

DMLSНесмотря на то, что этот метод медленнее, чем EBM, он обеспечивает более точный контроль над лазерным лучом. Это позволяет создавать сложные элементы и более тонкие детали. Представьте себе художника, тщательно вырезающего сложные детали с помощью острого лазерного инструмента.

Вот таблица, в которой приведены основные различия в скорости формования:

Что из этого следует? Если скорость - ваш приоритет, EBM может оказаться лучшим выбором. Однако если первостепенное значение имеют сложные детали и высокоточные характеристики, то лучше выбрать DMLS.

Точность формовки различна

Как уже говорилось ранее, DMLS превосходит по точности формования благодаря точному контролю над лазерным лучом. Это позволяет создавать детали с более тонкими элементами и жесткими допусками. Представьте себе мастера-ювелира, который со скрупулезной точностью создает изящное украшение.

EBMхотя и не так точно, как DMLS, но все же позволяет получать детали с хорошей точностью размеров. Однако из-за особенностей процесса электронно-лучевого плавления толщина слоя, как правило, несколько больше, чем при DMLS. Вспомните, как опытный скульптор работает с чуть более крупными инструментами, в результате чего конечный продукт получается чуть менее точным, чем у тонкого ювелира.

Вот таблица, в которой приведены основные различия в точности формовки:

Итог? Если точность размеров и сложные детали имеют решающее значение, то DMLS занимает особое место. Однако EBM обеспечивает достаточную точность для многих применений, особенно для тех, где скорость важнее высокой точности.

Использованные материалы EBM И DMLS отличаются друг от друга

Хотя в обеих технологиях используются металлические порошки, конкретные материалы, совместимые с каждой системой, несколько отличаются.

EBM отлично справляется с обработкой таких реактивных металлов, как:

• Титан (Ti): Легкий и прочный металл, широко используемый в аэрокосмической промышленности, медицинских имплантатах и высокопроизводительных компонентах.
• Тантал (Ta): Биосовместимый и устойчивый к коррозии металл, используемый в медицинских имплантатах и оборудовании для химической обработки.
• Цирконий (Zr): Коррозионностойкий металл, используемый в ядерных реакторах и оборудовании для химической обработки.

DMLS предлагает более широкий спектр совместимых материалов, включая:

Технические характеристики, размеры, марки и стандарты

Перейдя от разговорного тона к более профессиональному подходу, мы погрузимся в критический мир металлических порошков, используемых как в EBM, так и в DMLS. Эти мелкозернистые материалы служат строительными блоками для 3D-печатных металлических компонентов, и их характеристики существенно влияют на конечные свойства детали. В отличие от роли муки в выпечке, где незначительные отклонения в муке могут повлиять на текстуру, даже небольшие несоответствия в металлических порошках могут значительно повлиять на прочность, качество поверхности и общее качество напечатанного объекта. Вот полная таблица с указанием основных спецификаций, размеров, марок и стандартов для металлических порошков, используемых в аддитивном производстве:

Промышленные стандарты для металлических порошков в аддитивном производстве:

Несколько установленных отраслевых стандартов регулируют спецификации и качество металлических порошков для аддитивного производства:

• ASTM International (ASTM): Всемирно признанная организация, которая разрабатывает и публикует технические стандарты на широкий спектр материалов, включая металлические порошки для АМ. Стандарты ASTM определяют требования к гранулометрическому составу, химическому составу, текучести и другим важным параметрам.
• Американское общество по испытаниям материалов (AMSTM): Американское общество, занимающееся развитием испытаний, материаловедения и таких технологий, как аддитивное производство. AMSTM разрабатывает спецификации и стандарты для металлических порошков, используемых в процессах AM.
• EOS GmbH: Ведущий производитель систем металлической 3D-печати. EOS также публикует спецификации материалов для различных металлических порошков, описывая их свойства и рекомендуемые параметры печати.
• Производители материалов: Поставщики металлических порошков, пользующиеся хорошей репутацией, часто предоставляют подробные технические характеристики своей продукции, включая гранулометрический состав, химический состав, текучесть и другие необходимые характеристики.

Мир металлических порошков: Раскрытие конкретных примеров

Теперь, когда мы изучили основные характеристики металлических порошков для аддитивного производства, давайте рассмотрим некоторые конкретные примеры, обычно используемые в обоих случаях EBM и DMLS. Это позволит получить практическое представление о доступных вариантах и их пригодности для различных применений.

Металлические порошки для EBM:

Из-за высоковакуумной среды в камере EBM выбранные металлические порошки должны обладать исключительными свойствами газовыделения. Под газовыделением понимается выделение газов, удерживаемых внутри частиц порошка в процессе плавления. Чрезмерное газовыделение может нарушить вакуумную среду и негативно повлиять на качество печатной детали. Вот некоторые часто используемые металлические порошки для EBM:

• Газоатомизированный титановый порошок (Ti-6Al-4V): Этот рабочий материал представляет собой титановый сплав, содержащий алюминий 6% и ванадий 4%. Он обеспечивает превосходное сочетание прочности, снижения веса и коррозионной стойкости. Широко используется в аэрокосмической промышленности, медицинских имплантатах и высокопроизводительных автомобильных компонентах благодаря своей биосовместимости и благоприятным механическим свойствам при обработке методом EBM.
• Газоатомизированный сплав Inconel 718: Этот суперсплав на основе никеля и хрома обладает исключительной высокотемпературной прочностью и устойчивостью к агрессивным средам. Способность выдерживать экстремальные температуры делает его идеальным для применения в газотурбинных двигателях, теплообменниках и других компонентах, подвергающихся высоким тепловым нагрузкам. Обработка EBM обеспечивает минимальный риск загрязнения, сохраняя желаемые свойства Inconel 718.
• Медь, атомизированная газом (Cu): Порошок чистой меди находит применение в областях, требующих высокой тепло- и электропроводности. EBM позволяет создавать сложные теплоотводы и электрические компоненты с минимальным окислением благодаря вакуумной среде.

Металлические порошки для DMLS:

DMLS предлагает более широкую совместимость материалов по сравнению с EBM благодаря атмосфере инертного газа. Вот некоторые часто используемые металлические порошки для DMLS:

• Газоатомизированная нержавеющая сталь 316L: Эта универсальная марка нержавеющей стали обладает превосходной коррозионной стойкостью и биосовместимостью. Широко используется в медицинских имплантатах, оборудовании для химической обработки и в приложениях, требующих устойчивости к агрессивным средам. Обработка DMLS позволяет создавать сложные геометрические формы с хорошими механическими свойствами.
• Газоатомизированные алюминиевые сплавы (AlSi10Mg и др.): Алюминиевые сплавы обеспечивают хороший баланс прочности, снижения веса и доступности. Добавление кремния (Si) и магния (Mg) улучшает характеристики литья и механические свойства. Благодаря своей легкости они широко используются в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и бытовой электронике. Обработка DMLS позволяет создавать сложные, легкие компоненты с хорошей отделкой поверхности.
• Газоатомизированная инструментальная сталь (H13 и др.): Инструментальные стали известны своей исключительной износостойкостью и твердостью. H13 является популярным выбором для изготовления пресс-форм и штампов благодаря своей способности выдерживать высокие температуры и механические нагрузки. Обработка DMLS позволяет создавать сложные инструментальные вставки с высокой точностью размеров.

Вот таблица, в которой приведены некоторые ключевые характеристики этих металлических порошков:

Помните, что это не исчерпывающий список. Производители предлагают огромный выбор металлических порошков для аддитивного производства, каждый из которых обладает уникальными свойствами и сертификатами. Консультации с авторитетными поставщиками металлических порошков и понимание конкретных требований к применению имеют решающее значение для выбора наиболее подходящего материала для вашего проекта 3D-печати.

Сравнение EBM и DMLS

Изучив тонкости технологий EBM и DMLS, а также мир металлических порошков, используемых в каждом процессе, пришло время напрямую сравнить этих двух титанов 3D-печати. Это поможет вам принять обоснованное решение, исходя из конкретных потребностей вашего проекта.

Вот таблица, обобщающая основные различия между EBM и DMLS:

Давайте углубимся в эти ключевые различия, чтобы понять, какая технология может лучше подойти для вашего проекта:

• Скорость сборки: Если скорость является решающим фактором, то EBM может оказаться лучшим выбором. Его мощный электронный луч позволяет быстрее плавить и ускорять время сборки, особенно для крупных деталей. Однако если первостепенное значение имеют сложные детали и точность размеров, лучшим вариантом может стать DMLS, даже если печать займет немного больше времени.
• Совместимость материалов: EBM отлично подходит для обработки реактивных металлов, таких как титан и тантал, благодаря высоковакуумной среде, которая сводит к минимуму окисление. DMLS, с другой стороны, предлагает более широкий спектр совместимости материалов, включая нержавеющую сталь, алюминиевые сплавы и инструментальные стали. Такой широкий выбор позволяет добиться большей гибкости при проектировании с помощью DMLS.
• Точность деталей и чистота поверхности: DMLS занимает лидирующие позиции по точности формования и качеству обработки поверхности. Точный контроль над лазерным лучом позволяет создавать высокодетализированные детали с гладкой поверхностью. EBM обеспечивает хорошую точность, но характер процесса электронно-лучевого плавления может привести к несколько более шероховатой поверхности по сравнению с DMLS.
• Пористость: Пористость - это крошечные воздушные зазоры внутри напечатанного металла. При EBM обычно получаются детали с меньшей пористостью благодаря высоковакуумной среде, которая сводит к минимуму присутствие уловленных газов. DMLS, несмотря на хорошее общее качество, может иметь несколько более высокую вероятность пористости, особенно при использовании определенных материалов или параметров печати. В некоторых случаях детали DMLS могут потребовать последующей обработки, например горячего изостатического прессования (HIP), для устранения внутренних пустот.
• Стоимостные оценки: Стоимость 3D-печати металлической детали с использованием EBM или DMLS зависит от нескольких факторов, включая выбранный материал, сложность детали и необходимую постобработку. Однако в целом EBM может иметь более высокое энергопотребление из-за необходимости использования высоковакуумной среды. DMLS может быть более экономичным вариантом для некоторых применений, особенно если учесть потенциальную необходимость последующей обработки при EBM.

Выбор правильного оружия: EBM против DMLS - окончательный вердикт

В борьбе между EBM и DMLS нет единого победителя. Выбор идеальной технологии зависит от конкретных потребностей вашего проекта. Вот несколько заключительных мыслей, которые помогут вам принять решение:

• Для проектов, требующих высокоскоростной печати на реактивных металлах, таких как титан, и где допустимо немного более грубое покрытие поверхности, EBM может быть хорошим выбором.
• Для проектов, требующих сложных деталей, исключительной точности размеров, более широкого выбора материалов и гладкой поверхности, DMLS может оказаться лучшим вариантом, даже если печать займет немного больше времени.
• Внимательно изучите стоимость каждой технологии, включая стоимость материалов, потребление энергии и потенциальные потребности в постобработке.

Всегда рекомендуется проконсультироваться с опытными профессионалами в области 3D-печати, чтобы обсудить конкретные требования к проекту и определиться с выбором технологии, EBM или DMLS, будет наиболее подходящим выбором для достижения оптимальных результатов.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какая технология сильнее, EBM или DMLS?

О: И EBM, и DMLS могут производить высокопрочные металлические детали. Фактическая прочность зависит от выбранного металлического порошка и конкретных параметров печати. Однако благодаря высоковакуумной среде и потенциально меньшей пористости детали, напечатанные методом EBM, могут иметь несколько более высокую прочность для некоторых реактивных металлов, например титана.

Вопрос: Можно ли использовать EBM или DMLS для печати цветных металлических деталей?

О: Хотя и EBM, и DMLS в первую очередь направлены на создание функциональных металлических деталей, существуют некоторые ограниченные методы постобработки, которые позволяют придать поверхности цвет. Эти методы обычно включают нанесение тонкого слоя цветного покрытия или инфильтрацию цветной смолой. Однако добиться ярких и насыщенных цветов может быть непросто, а долгосрочная стойкость такого окрашивания может быть ограничена. Если цвет является критически важным требованием, другие технологии 3D-печати, такие как струйная обработка связующим или Multi Jet Fusion, могут быть более подходящими, поскольку они предлагают более широкий спектр вариантов цвета непосредственно в процессе печати.

Вопрос: Являются ли напечатанные с помощью EBM или DMLS детали экологически безопасными?

О: Воздействие EBM и DMLS на окружающую среду зависит от нескольких факторов, включая выбранный металлический порошок, потребление энергии в процессе печати и все необходимые этапы последующей обработки. Производство металлического порошка само по себе может быть энергоемким. EBM, благодаря высоковакуумной среде, может иметь несколько больший энергетический след по сравнению с DMLS. Однако обе технологии дают значительные преимущества в плане сложности деталей и использования материалов по сравнению с традиционными субтрактивными технологиями производства, такими как механическая обработка. Это может привести к уменьшению количества отходов материалов и, возможно, к более устойчивому подходу к производству для определенных областей применения.

Вопрос: Каковы будущие достижения в технологиях EBM и DMLS?

О: Сфера EBM и DMLS постоянно развивается. Вот некоторые интересные возможности, которые ожидают нас в будущем:

• Более высокая скорость печати: Исследователи разрабатывают методы, позволяющие повысить скорость работы как EBM, так и DMLS без ущерба для качества деталей. Это может быть связано с усовершенствованием технологии источников энергии или улучшением механизмов подачи порошка.
• Расширенная совместимость материалов: Ожидается, что спектр металлов, пригодных для печати EBM и DMLS, будет расти. Это позволит дизайнерам еще более гибко подходить к выбору оптимального материала для своих конкретных задач.
• Печать на нескольких материалах: В настоящее время изучаются технологии, позволяющие печатать детали из различных металлов или даже комбинаций металлов и других материалов в рамках одной сборки. Это может открыть двери для создания высокофункциональных и сложных компонентов.
• Улучшенная обработка поверхности: Достижения в технологии управления лазером и электронным лучом могут привести к еще более гладкой поверхности деталей, напечатанных методом DMLS, что в перспективе снизит необходимость в постобработке в некоторых областях применения.

По мере развития этих инновационных технологий EBM и DMLS будут играть все более значительную роль в революционном изменении способов проектирования и производства металлических деталей в различных отраслях промышленности.

Заключение

Замысловатый танец между технологиями EBM и DMLS предлагает мощный набор инструментов для создания сложных и функциональных металлических объектов. Понимание сильных и слабых сторон каждого подхода, а также обширного мира металлических порошков, используемых в качестве строительных блоков, позволит вам принимать обоснованные решения для ваших проектов 3D-печати. Будь то приоритет скорости для реактивных металлов с помощью EBM или стремление к исключительной детализации и более широкому выбору материалов с помощью DMLS, обе технологии расширяют границы возможного в производстве металлов. По мере развития этих технологий будущее открывает огромные возможности для еще большей свободы дизайна, инноваций в области материалов и более экологичного подхода к созданию металлических деталей.

узнать больше о процессах 3D-печати