понимание технологии EBM

Технология EBM является передовой технологией аддитивного производства с уникальными возможностями. В данном руководстве представлен полный обзор технологии EBM, включая ее работу, преимущества, области применения, поставщиков систем и сравнение с другими процессами 3D-печати.

Введение в электронно-лучевую плавку (ЭЛМ)

Электронно-лучевое плавление - это технология аддитивного производства, при которой электронный луч используется для послойного выборочного расплавления и сплавления частиц металлического порошка. Ключевые особенности:

• В качестве источника энергии для расплавления металлического порошка используется электронный луч
• Изготовление деталей путем выборочного расплавления слоев порошка
• Типичными материалами являются титан, никелевые сплавы, инструментальные стали, алюминий
• Получение полностью плотных деталей с отличными свойствами
• Поддержка сложных геометрических форм, невозможных при литье/обработке
• Обеспечивает свободу проектирования, индивидуальный подход, сокращает время выполнения заказа

EBM обеспечивает превосходные механические свойства, чистоту материала, шероховатость поверхности и точность размеров деталей конечного применения в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и других отраслях промышленности.

В данном руководстве представлен подробный обзор процесса EBM, технологий, преимуществ, областей применения, поставщиков систем и сравнение с другими методами AM.

Как Технология EBM Работает

Электронно-лучевое плавление позволяет получать детали на следующих основных этапах:

Этапы процесса EBM

• 3D-модель, разработанная в программе CAD, преобразуется в файл .STL
• Файл нарезается на слои и генерируется последовательность сборки
• Металлический порошок равномерно распределяется по рабочей пластине
• Электронный луч избирательно сканирует и расплавляет порошок для сплавления слоев
• Плита опускается, и наносится новый слой порошка
• Процесс повторяется до тех пор, пока не будет послойно собрана вся деталь
• Нерасплавленный порошок поддерживает деталь во время сборки
• Готовая деталь снимается со станка для последующей обработки
• Высокоэнергетический электронный луч обеспечивает быстрое и точное плавление и сварку
• Процесс происходит при высокой температуре в вакууме для обеспечения чистоты
• Неиспользованный порошок извлекается и используется повторно, что позволяет минимизировать количество отходов

Типы систем EBM

В настоящее время существует два основных типа систем EBM:

Типы систем EBM

• Однолучевые системы используют один мощный электронный луч, обычно 50-60 кВт. Скорость сборки ниже из-за требований к сканированию.
• Многолучевые системы использование нескольких лучей вместе для повышения скорости. Это значительно сокращает время сканирования.
• Мощность одного луча составляет 3-6 кВт. Суммарная мощность многолучевых систем составляет более 10 МВт.
• Многолучевые системы последнего поколения значительно повышают скорость сборки.
• Управление, сканирование и фокусировка пучка являются критически важными подсистемами для прецизионной плавки.

Материалы для ДМ

EBM совместим с целым рядом металлов и сплавов, включая:

Материалы EBM

• Титановые сплавы типа Ti-6Al-4V наиболее распространены для изготовления ответственных деталей аэрокосмической техники.
• Никелевые суперсплавы отлично зарекомендовали себя в высокотемпературных средах, например в турбинных двигателях.
• Инструментальные стали обеспечивают твердость, необходимую для изготовления долговечных пресс-форм и оснастки.
• Биосовместимые сплавы используются для изготовления имплантатов и медицинских изделий.
• EBM поддерживает реактивные металлы, такие как титан и алюминий, лучше, чем лазерные процессы.

Преимущества и достоинства EBM

Основные преимущества, делающие EBM привлекательным для производственных приложений, включают:

Преимущества EBM

• Полностью плотные, без пустот детали
• Отличные механические свойства
• Высокая геометрическая и размерная точность
• Хорошая обработка поверхности и мелкие детали
• Низкие требования к постобработке
• Детали высокой чистоты с меньшим загрязнением
• Меньше отходов материала за счет регенерации порошка
• Поддерживаются сложные внутренние геометрии
• Объединение нескольких деталей в единую конструкцию

Vs. Традиционное производство

• Позволяет создавать более легкие и прочные конструкции, невозможные при литье или механической обработке
• Консолидация сборок в отдельные печатные детали
• Позволяет придавать формы, которые не поддаются формовке или ковке
• Сокращение времени выполнения заказа с нескольких месяцев до нескольких недель
• Снижение затрат при мелкосерийном производстве

Приложения EBM

Преимущества EBM позволяют использовать его для:

Приложения EBM

• В авиакосмической промышленности широко используется EBM для изготовления более легких и прочных деталей из титана и никелевых сплавов.
• Медицинский сектор использует геометрическую свободу и биосовместимость EBM для изготовления имплантатов.
• Исследователи в области автомобилестроения используют его для создания легких оптимизированных топологических схем.
• Конформные каналы охлаждения могут быть встроены в оснастку для литья под давлением.
• В нефтегазовой промышленности он используется для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и давлении.
• В электронике выгодно использовать тонкие детали и токопроводящие сплавы EBM.

Поставщики систем EBM

К основным производителям систем EBM относятся:

Поставщики EBM-машин

• Компания Arcam EBM, ныне входящая в состав GE Additive, является лидером на рынке систем EBM.
• Другие компании, такие как Freemelt и Wayland Additive, предлагают многолучевые EBM-системы нового поколения.
• Производительность станков варьируется от объемов сборки 150 х 150 х 150 мм до более крупных 1000-миллиметровых вариантов.
• Новейшие машины EBM обеспечивают автоматизированную обработку порошка и замкнутый цикл переработки.
• Для различных областей применения предоставляются индивидуальные параметры и учебная поддержка.

Анализ затрат на EBM

Затраты на производство ЭБМ зависят от:

Факторы стоимости EBM

• Цена приобретения машины - от $500 тыс. до более $2 млн.
• Стоимость порошка материала за кг
• Трудозатраты на проектирование, эксплуатацию, последующую обработку деталей
• Объем производства
• Скорость построения и коэффициент использования
• Потребление энергии
• Обслуживание оборудования и накладные расходы

Типовой диапазон

• Мелкие детали из Ti-6Al-4V: $20 - 150 за деталь
• Крупногабаритные аэрокосмические компоненты: $2000 - 15 000+
• Высокосерийное производство с использованием многолучевых систем обеспечивает самые низкие затраты

Сравнение между EBM и другие процессы АМ

EBM против других металлических AM

• Лазерный PBF обеспечивает более высокую скорость построения и более тонкое разрешение, чем EBM.
• EBM обеспечивает превосходные свойства материала при меньших внутренних напряжениях.
• Струйное нанесение связующего является более дешевым, но для получения полной плотности требуется спекание.
• DED работает быстро, но подходит для крупномасштабных промышленных применений.
• Пользователи выбирают процесс в зависимости от материалов, качества, скорости и бюджетных потребностей.

Проблемы и ограничения EBM

Некоторые проблемы, связанные с EBM, включают в себя:

• Высокие затраты на оборудование и материалы
• Ограниченность поставщиков оборудования и сервисной поддержки
• Ограниченный выбор материалов по сравнению с другими АМ
• Более низкая скорость сборки по сравнению с лазерной PBF
• Обращение и переработка порошков химически активных металлов
• Постобработка для снятия внутренних напряжений
• Требование вакуумной среды при сборке

Ведущиеся разработки направлены на увеличение скорости сборки, снижение стоимости оборудования, расширение материальных возможностей и масштабирование процесса для крупносерийного производства.

Перспективы развития Технология EBM

Будущие тенденции в EBM:

• Более высокая скорость сборки с помощью новых многолучевых систем
• Большие строительные платформы размером более 500 мм x 500 мм
• Расширенная номенклатура материалов, включающая больше алюминиевых и медных сплавов
• Улучшенная обработка порошка и замкнутый цикл переработки
• Усовершенствование программного обеспечения для проектирования и оптимизации процессов
• Снижение стоимости оборудования и более широкое внедрение в конечное производство
• Применение в спутниковых компонентах, электротранспорте, инструментальной промышленности и биомедицине

Совершенствование систем EBM позволит расширить их применение в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, электронной и энергетической отраслях.

Основные выводы по технологии EBM

• В EBM электронный луч используется для селективного послойного расплавления и сплавления частиц металлического порошка.
• Изготавливает детали практически сетчатой формы с высокой чистотой, плотностью, прочностью и точностью материала.
• Распространенными материалами являются титановые сплавы, никелевые суперсплавы, инструментальные стали, алюминиевые сплавы.
• Аэрокосмическая и медицинская отрасли являются сегодня основными потребителями EBM.
• Обеспечивает преимущества перед литьем, механической обработкой и другими методами AM для сложных геометрических форм.
• Многолучевые системы значительно повышают скорость сборки и масштабируют производство.
• Ведущиеся разработки направлены на расширение материальных возможностей и снижение затрат.

Вопросы и ответы о технологии EBM

Вопрос: Какие материалы можно обрабатывать с помощью EBM?

О: К распространенным материалам для ЭБМ относятся титановые сплавы, никелевые суперсплавы, инструментальные стали, нержавеющие стали, кобальт-хром, алюминиевые и медные сплавы.

Вопрос: Каковы примеры деталей, производимых компанией EBM?

О: EBM используется для производства критических аэрокосмических компонентов, таких как лопатки турбин, каркасы конструкций, детали двигателей. Она также используется для изготовления медицинских имплантатов, автомобильных прототипов, промышленной оснастки и т.д.

Вопрос: Насколько точным является EBM?

О: EBM обеспечивает превосходную точность размеров в пределах ±0,2% по сравнению с проектными размерами благодаря прецизионному процессу электронно-лучевой плавки.

Вопрос: Является ли EBM более быстрой по сравнению с такими методами 3D-печати металлов, как DMLS?

О: В целом процессы лазерного наплавления порошкового слоя обеспечивают более высокую скорость сборки, чем EBM. Однако новые многолучевые системы EBM стремятся сравняться или превзойти по скорости лазерный PBF.

Вопрос: Какая постобработка требуется для деталей EBM?

О: Типичная последующая обработка включает удаление наростов, термообработку для снятия напряжений, горячее изостатическое прессование, а также механическую обработку или шлифование, если требования к чистоте поверхности являются критическими.

Вопрос: В чем преимущество многолучевого EBM?

О: В многолучевых системах для расплавления слоев используется несколько параллельных электронных пучков. Это обеспечивает значительно более высокую скорость сборки при сохранении свойств материала EBM.

Вопрос: Изготавливаются ли с помощью EBM пористые или абсолютно твердые детали?

О: Компания EBM производит более 991ТП3Т плотных, полностью цельных деталей с отличной целостностью материала и свойствами, пригодными для функционального конечного использования в ответственных приложениях.

Вопрос: Как перерабатывается порошок EBM?

О: Неиспользованный порошок можно собрать, просеять для удаления крупных частиц, смешать со свежим порошком и снова ввести в машину для повторного использования.

Вопрос: Является ли EBM экологически безопасным?

О: EBM имеет преимущества с точки зрения экологичности, поскольку обеспечивает высокий процент повторного использования порошка, малое количество отходов и оптимизированные конструкции с малым весом, что позволяет снизить расход материалов в течение всего жизненного цикла детали.

узнать больше о процессах 3D-печати