förståelse för EBM-teknik

EBM-teknik är en avancerad additiv tillverkningsteknik med unika egenskaper. Den här guiden ger en omfattande översikt över EBM-tekniken, inklusive dess funktion, fördelar, tillämpningar, systemleverantörer och jämförelser med andra 3D-utskriftsprocesser.

Introduktion till smältning med elektronstråle (EBM)

Elektronstrålesmältning är en additiv tillverkningsteknik som använder en elektronstråle för att selektivt smälta och smälta samman metallpulverpartiklar lager för lager. Viktiga egenskaper:

• Använder en elektronstråle som energikälla för att smälta metallpulver
• Bygger delar genom att selektivt smälta pulverlager
• Typiska material är titan, nickellegeringar, verktygsstål, aluminium
• Producerar helt täta detaljer med utmärkta egenskaper
• Stödjer komplexa geometrier som inte är möjliga med gjutning/maskinbearbetning
• Ger designfrihet, kundanpassning och kortare ledtider

EBM ger utmärkta mekaniska egenskaper, materialrenhet, ytfinhet och måttnoggrannhet i slutanvändningsdetaljer inom flyg-, medicin-, fordons- och andra industrier.

Den här guiden ger en detaljerad översikt över EBM-processen, teknik, fördelar, tillämpningar, systemleverantörer och jämförelser med andra AM-metoder.

Hur EBM-teknik Verk

Elektronstrålesmältning tillverkar delar genom följande viktiga steg:

EBM-processens steg

• 3D-modell utformad i CAD-programvara konverteras till .STL-fil
• Filen delas upp i lager och byggsekvensen genereras
• Metallpulver sprids jämnt på byggplattan
• Elektronstrålen skannar selektivt och smälter pulver för att smälta samman skikten
• Byggplattan sänks och ett nytt lager pulver sprids ut
• Processen upprepas tills hela delen är uppbyggd lager för lager
• Osmält pulver stöder detaljen under byggtiden
• Den färdiga detaljen tas ut ur maskinen för efterbearbetning
• Elektronstråle med hög energi ger snabb och exakt smältning och svetsning
• Processen sker vid hög temperatur under vakuum för renhet
• Oanvänt pulver återvinns och återanvänds, vilket minimerar avfallet

Olika typer av EBM-system

Det finns för närvarande två huvudtyper av EBM-system:

Typer av EBM-system

• System med en stråle använder en enda högeffektselektronstråle, typiskt 50-60 kW. Bygghastigheterna är långsammare på grund av skanningskraven.
• Flerstråliga system Utnyttjar flera strålar tillsammans för högre hastighet. Minskar skanningstiden avsevärt.
• Enstaka strålars effekt varierar mellan 3-6 kW. Den totala effekten i flerstrålesystem är över 10 MW.
• Den senaste generationens flerstrålesystem förbättrar bygghastigheten dramatiskt.
• Strålstyrning, scanning och fokusering är kritiska delsystem för precisionssmältning.

Material för EBM

EBM är kompatibel med en rad olika metaller och legeringar, t.ex:

EBM Material

• Titanlegeringar som Ti-6Al-4V är vanligast för kritiska komponenter inom flyg- och rymdindustrin.
• Nickel-superlegeringar utmärker sig i miljöer med höga temperaturer, som turbinmotorer.
• Verktygsstål ger den hårdhet som krävs för formar och verktyg med lång livslängd.
• Biokompatibla legeringar används för implantat och medicintekniska produkter.
• EBM stöder reaktiva metaller som titan och aluminium bättre än laserbaserade processer.

Nyttan och fördelarna med EBM

Viktiga fördelar som gör EBM attraktivt för produktionsapplikationer är bland annat

Fördelar med EBM

• Helt täta, hålrumsfria delar
• Utmärkta mekaniska egenskaper
• Hög geometrisk och dimensionell noggrannhet
• Bra ytfinish och fina detaljer
• Låga krav på efterbearbetning
• Delar med hög renhet och mindre kontaminering
• Mindre materialspill tack vare pulveråtervinning
• Stöd för komplexa innergeometrier
• Kombinerar flera delar i en design

Mot. Traditionell tillverkning

• Möjliggör lättare och starkare konstruktioner som inte är möjliga med gjutning eller maskinbearbetning
• Konsoliderar sammansättningar till enstaka tryckta delar
• Möjliggör former som inte kan gjutas eller smidas
• Minskar ledtiden från månader till veckor
• Lägre kostnader för produktion av små serier

EBM-applikationer

Fördelarna med EBM gör den lämplig för:

EBM-applikationer

• Inom flygindustrin används EBM i stor utsträckning för lättare och starkare delar i titan- och nickellegeringar.
• Den medicinska sektorn utnyttjar EBM:s geometriska frihet och biokompatibilitet för implantat.
• Fordonsforskare använder det för att ta fram lättviktsoptimerade topologidesigner.
• Konforma kylkanaler kan byggas in i verktyg för formsprutning.
• Olje- och gasindustrin använder den för komponenter med hög temperatur och högt tryck.
• Elektronik drar nytta av EBM:s fina detaljer och ledande legeringar.

Leverantörer av EBM-system

De största tillverkarna som tillhandahåller EBM-system inkluderar:

EBM-maskin leverantörer

• Arcam EBM, som nu ingår i GE Additive, är marknadsledande inom EBM-system.
• Andra företag som Freemelt och Wayland Additive erbjuder nyare generationers EBM-system med flera strålar.
• Maskinkapaciteten sträcker sig från byggvolymer på 150 mm x 150 mm x 150 mm till större versioner på 1000 mm.
• De senaste EBM-maskinerna erbjuder automatiserad pulverhantering och sluten återvinning.
• Anpassade parametrar och utbildningsstöd tillhandahålls för olika applikationer.

Kostnadsanalys för EBM

EBM:s produktionskostnader beror på:

Kostnadsfaktorer för EBM

• Maskinens inköpspris - $500.000 till över $2 miljoner
• Kostnad för materialpulver per kg
• Arbetskostnader för konstruktion, drift och efterbearbetning av delar
• Produktionsvolym
• Bygghastighet och utnyttjandegrad
• Energiförbrukning
• Underhåll av utrustning och allmänna omkostnader

Typiskt intervall

• Små detaljer i Ti-6Al-4V: $20 - 150 per detalj
• Större komponenter för flyg- och rymdindustrin: $2000 - 15.000+
• Högvolymsproduktion med multibeamsystem ger lägsta möjliga kostnader

Jämförelse mellan EBM och andra AM-processer

EBM vs. Annan metall AM

• Laser PBF erbjuder snabbare bygghastigheter och finare upplösning än EBM.
• EBM ger utmärkta materialegenskaper med färre inre spänningar.
• Binderjetting är billigare men kräver sintring för full densitet.
• DED är snabb men lämpar sig för storskaliga industriella tillämpningar.
• Användarna väljer process baserat på material, kvalitet, hastighet och budgetbehov.

Utmaningar och begränsningar med EBM

Några av utmaningarna med EBM är

• Höga maskin- och materialkostnader
• Begränsat antal leverantörer av utrustning och servicestöd
• Begränsat materialval jämfört med andra AM
• Lägre bygghastigheter än laser-PBF
• Hantering och återvinning av reaktiva metallpulver
• Efterbearbetning för att minska inre spänningar
• Krav på vakuummiljö under byggnation

Pågående utveckling syftar till att öka bygghastigheten, sänka utrustningskostnaderna, utöka materialkapaciteten och göra processen mer skalbar för tillverkning av stora volymer.

Framtidsutsikter för EBM-teknik

Framtida trender inom EBM:

• Snabbare bygghastigheter med nyare flerbalkssystem
• Större byggplattformar över 500 mm x 500 mm
• Utökat materialutbud med fler aluminium- och kopparlegeringar
• Förbättrad pulverhantering och återvinning i slutna kretslopp
• Programvaruförbättringar för design och processoptimering
• Minskade utrustningskostnader och bredare användning för tillverkning av slutanvändare
• Tillämpningar inom satellitkomponenter, elektrisk transport, verktyg och biomedicinska sektorer

Framstegen inom EBM-system kommer att öka användningen inom flyg-, fordons-, medicin-, elektronik- och energiindustrin.

Viktiga lärdomar om EBM-teknik

• EBM använder en elektronstråle för att selektivt smälta och sammanfoga metallpulverpartiklar lager för lager.
• Producerar nästan nätformade detaljer med hög materialrenhet, densitet, hållfasthet och noggrannhet.
• Titanlegeringar, superlegeringar av nickel, verktygsstål och aluminiumlegeringar är vanliga material.
• Flyg- och rymdindustrin och den medicinska sektorn är de som använder EBM mest idag.
• Ger fördelar jämfört med gjutning, maskinbearbetning och andra AM-metoder för komplexa geometrier.
• Flerstråliga system förbättrar dramatiskt bygghastigheterna och skalar upp produktionen.
• Pågående utveckling syftar till att utöka materialkapaciteten och sänka kostnaderna.

Vanliga frågor om EBM-teknik

Q: Vilka material kan bearbetas med EBM?

S: Vanliga EBM-material är titanlegeringar, nickel-superlegeringar, verktygsstål, rostfritt stål, koboltkrom, aluminiumlegeringar och kopparlegeringar.

F: Vilka är några exempel på delar som tillverkas av EBM?

S: EBM används för att tillverka kritiska flyg- och rymdkomponenter som turbinblad, strukturella ramar och motordelar. Det används också för medicinska implantat, prototyper för fordonsindustrin, industriverktyg med mera.

Fråga: Hur exakt är EBM?

S: EBM erbjuder utmärkt måttnoggrannhet inom ±0,2% avvikelse jämfört med konstruktionsmått tack vare den exakta smältprocessen med elektronstråle.

F: Är EBM snabbare än 3D-utskriftsmetoder för metall som DMLS?

S: I allmänhet erbjuder laserprocesser för pulverbäddsfusion snabbare bygghastigheter än EBM för närvarande. Men nya flerstråliga EBM-system siktar på att matcha eller överträffa laser PBF-hastigheter.

Q: Vilken efterbearbetning krävs för EBM-delar?

S: Typisk efterbearbetning omfattar borttagning av stöd, spänningsavlastande värmebehandling, varm isostatisk pressning och maskinbearbetning eller slipning om kraven på ytfinhet är kritiska.

Q: Vad är fördelen med multi-beam EBM?

S: Flerstrålesystem använder flera parallella elektronstrålar för att smälta skikten. Detta ger mycket snabbare bygghastigheter samtidigt som EBM-materialets egenskaper bibehålls.

F: Tillverkar EBM porösa eller helt solida detaljer?

S: EBM producerar över 99% täta, helt solida detaljer med utmärkt materialintegritet och egenskaper som lämpar sig för funktionell slutanvändning i krävande applikationer.

F: Hur återvinns EBM-pulver?

A: Det oanvända pulvret kan samlas upp, siktas för att avlägsna stora partiklar, blandas med nytt pulver och återinföras i maskinen för återanvändning.

Fråga: Är EBM miljövänligt?

S: EBM har hållbarhetsfördelar tack vare den höga återanvändningsgraden för pulver, det låga avfallet och de optimerade lättviktskonstruktionerna som minskar materialanvändningen under detaljens hela livscykel.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser