Tillverkning av elektronstrålar

Electron beam manufacturing hänvisar till en additiv tillverkningsprocess som använder en fokuserad stråle av högenergetiska elektroner för att selektivt smälta och sammanfoga metalliska pulverpartiklar lager för lager för att direkt tillverka komplexa 3D-komponenter.

Processen, även känd som electron beam melting (EBM) eller electron beam powder bed fusion, erbjuder kapaciteter som bygghastighet, materialegenskaper, ytfinish och geometrisk frihet som saknar motstycke jämfört med traditionella tillverkningsmetoder.

Denna guide ger en översikt över electron beam manufacturing som täcker processkapacitet, material, applikationer, systemleverantörer, jämförelser av avvägningar och vanliga frågor när man överväger införandet.

Översikt över electron beam manufacturing-processen

• Metallpulver sprids jämnt över byggplattan
• Elektronstrålen skannar definierade vägar och smälter pulvret
• Plattan indexeras nedåt, nytt lager sprids ovanpå
• Termisk förvärmning upprätthåller processtemperaturen
• Kammaren hålls under vakuum under byggandet
• Stödstrukturer där det behövs
• Slutliga delar skärs bort och färdigställs efter behov

Elektronstrålar erbjuder snabbare, djupare penetration än lasrar i ledande material, vilket möjliggör högre byggtakter med mindre restspänning.

Material som används i electron beam manufacturing

Ett brett utbud av legeringar bearbetas, var och en optimerad för kemi och partikelstorleksfördelning:

Material	Vanliga legeringar	Översikt
Titanlegering	Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI	Blandningar av flygplansgrad med hög hållfasthet, låg vikt
Nickellegering	Inconel 718, 625, Haynes 282	Värme-/korrosionsbeständiga superlegeringar för turbiner
Kobolt krom	CoCrMo	Biokompatibel, slitstark legering för implantat
Rostfritt stål	17-4PH, 316L, 304L	Hög hållfasthet med korrosionsbeständighet
Verktygsstål	H13, Maråldrat stål	Extrem hårdhet/slitstyrka
Aluminiumlegering	Scalmalloy	Anpassade al-bredder snabba stelningshastigheter

Fördelar som kontroll av korn- och defektstruktur främjar förbättrade mekaniska egenskaper.

Egenskaper och toleranser

Utöver skräddarsydda legeringsegenskaper inkluderar viktiga processkapaciteter:

Attribut	Beskrivning
Ytfinish	Så låg som 5 μm råhet, tillräckligt slät för slutanvändning beroende på geometri, ingen efterbehandling krävs
Funktionsupplösning	Fina detaljer ner till ~100 μm stöds av processparametrar
Noggrannhet	± 0.2% med 50 μm avvikelse över 100 mm deldimensioner
Täthet	Över 99.8% av teoretisk max, högst av metall AM-metoder
Bygg storlek	Komponenter över 1000 mm längd möjliga, beroende på systemmodell
Prototyptillverkning	Kapabel till enstaka till små batchproduktioner, idealiskt för ingenjörsmodeller som kräver metaller
Produktion	Flyg- och medicinska industrier börjar certifiera processen för produktion av slutdelar

Konsistensen och kvaliteten möjliggör applikationer med hög efterfrågan.

Tillverkning av elektronstrålar Tillämpningar

Industri	Användningsområden	Exempel på komponenter
Flyg- och rymdindustrin	Strukturkomponenter, motordelar	Turbinblad, ramar, fästen
Medicinsk	Ortopediska implantat, kirurgiska verktyg	Höft-, knä-, skallimplantat, klämmor
Fordon	Lätta prestandakomponenter	Turbinhjul, grenrör
Industriell	Slutanvändningsmetallproduktion	Lätta robotarmar, vätskehanteringsdelar

Ytterligare specialanvändningar utnyttjar design-, material- och prestandasynergier.

Systemtillverkare och prissättning

Tillverkare	Beskrivning	Grundprisintervall
Arcam (GE)	Pionjärer med ett utbud av EBM-systemmodeller	$1.5M – $2M
Velo3D	Avancerade system lovar finare detaljer och högre byggen	$$$$
Jeol	Forsknings- och småskalig produktionsfokusering	$$$

Driftskostnader runt material, argon, el kan variera från $100-$1000+ per dag beroende på byggen.

Avvägningar av elektronstråle kontra andra processer

Fördelar:

• Högre byggtakt än pulverbäddslaserfusion
• Lägre restspänning än lasermetoder
• Exceptionell noggrannhet och ytfinish
• Högrent ingångsmaterial för egenskaper
• Hög potential för framtida produktionsvolymer

Nackdelar:

• Fortfarande mognande i förhållande till andra pulverbäddstekniker
• Storlekskapacitet inte lika stor som lasermetoder
• Materialtillgängligheten utökas fortfarande
• Högre ägandekostnad för utrustning
• Begränsningar kring geometrier som kräver stöd

För rätt applikationer, oöverträffad prestandapotential.

Vanliga frågor

Vad avgör maximal delstorlek?

Systemmodellens maximala skanningsområde, begränsningar för skanningsstrategi, termiska spänningar, begränsningar för pulverspridning och antalet komponenter definierar storlekskapaciteten upp till ~800 mm längder testade.

Hur påverkar processen materialegenskaperna?

Snabba kylhastigheter från kontrollerade termiska profiler ger fina mikrostrukturer som förbättrar styrkan. Parametrar balanseras mot restspänningar.

Vad avgör ytfinishkapaciteten?

Punktstorlek, stråleffekt, skanningsstrategi, efterföljande pulverskikttjocklek, partikelförorening och termisk gradientpåverkan kombineras för att möjliggöra exceptionell ytjämnhet som tillverkad.

Vilka säkerhetsåtgärder krävs?

Utöver skydd för pulverhantering kräver elektronstrålesystem certifierade rum med Faraday-bursskydd, säkerhetslås, beräkning av maximal exponeringstid.

Vilka är typiska efterbearbetningssteg?

Efterprocesser som varm isostatisk pressning för att minska porositet, värmebehandlingar för förbättrad mekanisk prestanda och subtraktiv bearbetning används ofta för att färdigställa komponenter.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser