Оборудование для электронно-лучевой плавки

Обзор electron beam melting equipment Технология

Оборудование для электронно-лучевого плавления - это технология аддитивного производства, используемая для послойного сплавления металлических порошков с помощью мощного электронного луча в вакуумной среде. Оборудование EBM предлагает возможности, не сравнимые с другими методами металлической 3D-печати, в отношении скорости сборки, плотности деталей, остаточных напряжений и механических свойств.

Ключевые атрибуты технологии электронно-лучевого плавления включают:

Таблица 1: Обзор характеристик электронно-лучевой плавки

Установки EBM обеспечивают быстрое плавление проводящих материалов в полностью плотные компоненты со свойствами материала, эквивалентными или превосходящими традиционные методы производства.

Контролируемая вакуумная среда и интеллектуальная подача энергии сводят к минимуму проблемы с окислением или загрязнением в процессе обработки. Это обеспечивает очень высокую плотность и отличную структурную целостность, идеально подходящую для критически важных применений.

Используя высокую мощность луча для быстрого сканирования каждого слоя, EBM обеспечивает чрезвычайно высокую скорость сборки, недостижимую при использовании лазерных систем. Это преимущество в производительности является ключевым фактором для внедрения технологии.

Виды electron beam melting equipment Системы

На рынке представлено несколько категорий EBM-оборудования, предлагающих различные размеры рабочей камеры, уровни мощности пучка и производственные мощности, предназначенные для решения различных задач.

Таблица 2: Типы оборудования для электронно-лучевой плавки

Оборудование больших размеров позволяет изготавливать более крупные детали для таких отраслей, как аэрокосмическая и автомобильная, чтобы сократить количество сборочных единиц. Более компактные машины с меньшей мощностью предназначены для применения в медицине и стоматологии.

Большинство производителей систем EBM предлагают модульные архитектуры оборудования, позволяющие масштабировать производительность, мощность пучка и объем сборки по мере того, как со временем меняются требования заказчиков и приложений.

Основы технологии электронно-лучевой плавки

Основные подсистемы и этапы обработки, задействованные в электронно-лучевом аддитивном производстве, включают в себя:

Таблица 3: Обзор основ электронно-лучевой плавки

Для эффективного послойного изготовления деталей из металлического порошка EBM-машине требуется комплексная работа этих подсистем:

• Высокоскоростное отклонение луча направляет расплавленные участки точно через каждый слой порошкового слоя
• Вакуум удаляет газообразные загрязнения, предотвращая окисление/нитридизацию материала
• Порошковые грабли эффективно распределяют свежий материал, обеспечивая его плотность
• Датчики замкнутого цикла обеспечивают обратную связь, гарантируя точность размеров
• Надежные компьютерные системы управления координируют каждый аспект процесса сборки

Уникальное сочетание чистого металлического порошка с высокоинтенсивным источником энергии в вакуумной камере обеспечивает очень быстрое плавление и затвердевание для получения исключительных металлургических свойств.

Понимание этих основополагающих принципов помогает покупателям выбрать оборудование, оптимизированное для достижения их целей, будь то максимальная производительность, качество деталей, эксплуатационные расходы или требования к применению.

Технические характеристики электронно-лучевых плавильных машин

При выборе оборудования EBM, наиболее соответствующего производственным потребностям и условиям эксплуатации, покупатели должны учитывать множество характеристик, определяющих производительность.

Таблица 4: Основные технические характеристики оборудования для электронно-лучевой плавки

Понимание таких характеристик, как мощность луча, скорость сканирования, размер пятна и минимальная толщина слоя, позволяет выбрать оборудование, соответствующее предполагаемому применению и заданной производительности.

Другие важные факторы, влияющие на выбор системы, включают:

• Программное обеспечение для управления: Возможности для эффективной настройки сборки, инструменты оптимизации для разработки параметров, функции мониторинга/аналитики и совместимость с последующими цифровыми рабочими процессами CAD/CAM.
• Палитра материалов: Количество квалифицированных материалов, доступных от производителя оборудования, определяет диапазон применений, доступных для оборудования. К приоритетным металлам относятся титан, никелевые суперсплавы, инструментальные стали, нержавеющая сталь, кобальт-хром и алюминий.
• Дополнительное оборудование: Требования к дополнительным средствам обработки порошка, станциям последующей обработки, средствам просеивания, внешней термообработки, печам HIP и системам рециркуляции порошка.
• Услуги: Стоимость контрактов на техническое обслуживание, помощь в оптимизации применения, услуги по обучению операторов и условия перемещения оборудования.

Тщательная оценка технических характеристик оборудования с учетом текущих и будущих производственных требований способствует принятию правильных решений об инвестициях в EBM.

Обзор экономики процесса электронно-лучевой плавки

Помимо чисто затрат на приобретение оборудования, производственным организациям необходимы реалистичные прогнозы полной экономической эффективности производства, связанной с внедрением технологии EBM.

Таблица 5: Сводные данные по экономике переработки EBM

При стоимости оборудования от $800 000 для стартовых систем до $2 500 000 для крупных промышленных решений, оборудование представляет собой лишь одну часть общего уравнения инвестиций.

Другие ключевые переменные, влияющие на операционную рентабельность и окупаемость инвестиций, включают:

• Использование материалов: Порошок составляет до 30% от общей стоимости деталей, оптимизируйте стратегии "купить:сделать" и коэффициенты повторного использования.
• Труд: Ручная и автоматизированная обработка порошка/деталей влияет на потребности в персонале. Оптимизируйте процесс сборки, чтобы максимально увеличить время работы без участия персонала.
• Объект: Расходы на установку, электроэнергию, контроль окружающей среды и дополнительное оборудование возрастают. Учитывайте расходы на безопасность, коммунальные услуги и соблюдение нормативных требований.
• Обслуживание: Профилактическое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения бесперебойной работы, качества производства и долговечности оборудования. Взвесьте возможности OEM и собственного обслуживания.

Анализ этих факторов стоимости до приобретения мощностей EBM способствует реалистичному бизнес-планированию. Моделирование сценариев производства деталей с использованием фактических данных о производительности улучшает понимание финансовых рисков и прогнозов рентабельности.

Популярные материалы для электронно-лучевой плавки

Высокая интенсивность луча и вакуумная среда делают EBM пригодным для обработки реактивных и тугоплавких сплавов, которые трудно расплавить другими методами аддитивной обработки или процессами литья.

Таблица 6: Распространенные материалы, используемые в электронно-лучевой плавке

Наиболее популярными материалами для EBM остаются титановые сплавы для легких аэрокосмических компонентов, никелевые суперсплавы для устойчивости к экстремальным температурам и медицинский кобальт-хром для биосовместимых имплантатов.

Однако гибкость порошковой плавки позволяет использовать практически любые системы сплавов, включая такие реакционноспособные элементы, как алюминий, или тугоплавкие металлы, которые при использовании традиционных методов вызывают трудности при плавке. Это способствует внедрению инноваций в таких областях, как терморегулирование электроники, компоненты спектроскопии и высокотемпературные приложения с температурой выше 1000°C.

Благодаря вакуумной среде обработки, снижающей уровень загрязнения, качество и целостность материала очень выгодно отличаются от конкурирующих процессов AM или литья.

Преимущества технологии электронно-лучевого плавления

Помимо того, что EBM обеспечивает очень высокую скорость сборки, несравнимую с другими технологиями порошкового слоя, он обладает дополнительными преимуществами, делающими его предпочтительным для критически важных применений в аэрокосмической, медицинской и промышленной отраслях.

Таблица 7: Основные преимущества электронно-лучевой плавки

Конкретные примеры того, как EBM обеспечивает преимущества перед обычным производством, включают в себя:

Производительность

• Производство лопаток для турбин из инконеля 718 в 10 раз быстрее, чем при использовании технологий точного литья.
• Одновременное производство до 10 имплантатов тазобедренного сустава в связи с большими объемами сборки.
• Автоматизированная обработка порошка и очередь на выполнение заданий обеспечивают круглосуточное бесперебойное производство.

Производительность

• Создание сателлитных кронштейнов из сплава Ti-6Al-4V с превосходным соотношением прочности и веса.
• Мы предлагаем кобальт-хромовые зубные мосты с превосходной эстетической отделкой и точностью.
• Изготовление оснастки H13 с конформным охлаждением, обеспечивающим более длительный срок службы литьевых форм.

Качество

• Получение более чистых микроструктур материала, полностью лишенных дефектов микропористости, характерных для литья.
• Обеспечение отсутствия внутренних напряжений и деформаций благодаря высоким температурам предварительного нагрева.
• Предотвращение загрязнения реактивных материалов с помощью высокого вакуума.

Уникальные условия плавления, обеспечиваемые электронно-лучевой технологией, неоднократно доказывали, что она является передовым AM-решением для высокотехнологичных применений, требующих исключительных характеристик материала.

Популярные Оборудование EBM Поставщики

Множество известных промышленных организаций и специализированных стартапов предлагают решения для электронно-лучевой плавки, удовлетворяющие различные потребности клиентов в различных сегментах рынка.

Таблица 8: Ведущие поставщики оборудования для электронно-лучевого плавления

Среди других производителей оборудования, нацеленных на применение электронного луча за пределами традиционного аддитивного производства, можно назвать следующих:

• Canon - решения для электронно-лучевой сварки
• PTR Group - Электронно-лучевые печи и сварочные аппараты
• IBE Services - Малогабаритные электронно-лучевые сварочные аппараты
• Teta - промышленная электродуговая сварка высокой мощности

Лидер отрасли Arcam EBM (в настоящее время входит в состав GE Additive) занял доминирующее положение по патентам и доле рынка после представления первой коммерческой машины EBM в 2002 году. Они остаются ведущим поставщиком оборудования для аэрокосмической промышленности, медицинского оборудования, автомобилестроения и промышленности.

Большинство поставщиков используют партнерские отношения с производителями материалов, исследовательскими группами и организациями конечных пользователей, чтобы постоянно совершенствовать технологические возможности EBM в соответствии с реальными производственными требованиями. Эти совместные усилия по совершенствованию технологии в конечном итоге позволят расширить ее применение в еще большем количестве важнейших отраслевых приложений.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Насколько большое помещение необходимо для размещения оборудования EBM?

О: Минимальная площадь помещения составляет около 100 кв. футов для небольших машин, но часто встречаются более крупные платформы, занимающие 500+ кв. футов. Еще 500 с лишним кв. футов обычно занимают дополнительные станции обработки порошка и постобработки. Помещения требуют потолков не менее 8 футов и усиления для тяжелого оборудования весом более 12 000 фунтов.

В: Какие материалы несовместимы с обработкой EBM?

О: Алюминиевые сплавы представляют риск окисления без надлежащей инертной среды. Тугоплавкие металлы с очень высокой температурой плавления, превышающей 3600°C, такие как вольфрам или рений, остаются непригодными. В остальном EBM подходит для большинства систем сплавов.

Вопрос: Сколько обученных операторов требуется на одну машину EBM?

О: В зависимости от уровня автоматизации и объемов производства один оператор обычно может обслуживать несколько машин EBM. Дополнительный персонал необходим для операций с порошком, последующей обработки, контроля качества, технического обслуживания и инженерной поддержки.

Вопрос: Какие риски безопасности связаны с технологией EBM?

О: Высоковольтные электронные пучки представляют собой опасность вспышки дуги, требующую надлежащих ограждений и средств контроля безопасности. Риски воздействия реактивного металлического порошка также требуют защитного оборудования и протоколов обращения с ним для предотвращения пожара и угрозы здоровью. Правильное обучение имеет решающее значение.

узнать больше о процессах 3D-печати