EBM Katmanlı Üretim

EBM Eklemeli Üretime Genel Bakış

Elektron ışınıyla eritme (EBM), karmaşık 3 boyutlu parçalar oluşturmak için metalik toz parçacıklarını katman katman seçici olarak eritmek ve birleştirmek için bir elektron ışınını kullanan bir tür toz yatağı füzyon katkılı imalattır.

EBM sürecinin temel özellikleri şunları içerir:

• Metal tozu hammaddesinden tamamen yoğun parçalar oluşturur
• Enerji kaynağı olarak elektron ışınını kullanır
• Vakum ve yüksek sıcaklıkta çalışır
• Mükemmel mekanik özellikler elde eder
• Titanyum ve tantal gibi reaktif metaller için idealdir
• İşleme ile mümkün olmayan karmaşık geometrileri mümkün kılar
• Nihai parça bitişine ulaşmak için son işlem gerekebilir

EBM, havacılık, tıp, dişçilik, otomotiv ve endüstriyel uygulamalarda tasarım özgürlüğü, parça birleştirme, azaltılmış ağırlık ve performans iyileştirmeleri sağlar.

Nasıl EBM Katmanlı Üretim İşler

EBM katmanlı üretim süreci şu şekilde çalışır:

1. Bir 3D CAD modeli ince kesit katmanlarına dilimlenir.
2. Metal tozu, vakum odasındaki bir yapı plakası üzerine eşit şekilde dağıtılır.
3. Bir elektron ışını, dilim verilerine dayanarak tozu seçici olarak tarar ve eritir.
4. Baskı plakası aşağı iner ve üzerine başka bir toz tabakası yayılır.
5. Parça tamamlanana kadar 3-4. Adımları tekrarlayın.
6. Fazla toz alınır ve parça ısıl işleme tabi tutulur.
7. Gerekirse işleme veya delme gibi son işlemler yapılabilir.

EBM makinesi, elektromanyetik lensleri ve saptırma bobinlerini kullanarak elektron ışınını hassas bir şekilde kontrol eder. İşlem, çok yüksek erime sıcaklıklarına olanak tanıyan yüksek vakum altında gerçekleşir.

EBM Eklemeli İmalat Sistemi Türleri

İki ana EBM makinesi türü vardır:

Arcam EBM ve GE Additive, hem küçük hem de büyük ölçekli makineler sunan başlıca EBM sistemi üreticileridir.

EBM Eklemeli Üretim Malzemeleri

EBM teknolojisi kullanılarak çeşitli metaller işlenebilir:

• Titanyum alaşımları: Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, TiAl
• Nikel alaşımları: İnkonel 718, İnkonel 625
• Kobalt-krom alaşımları: CoCrMo
• Çelikler: Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, maraging çeliği
• Refrakter metaller: Tantal, tungsten
• Değerli metaller: Gümüş, altın, platin
• Alüminyum alaşımlar: AlSi10Mg

Titanyum reaktivitesinden dolayı özellikle EBM için uygundur. Ancak süreç aynı zamanda diğer gelişmiş alaşımlardan da yüksek mukavemetli ve korozyona dayanıklı parçalar üretebilir.

EBM Eklemeli İmalat Uygulamaları

Başlıca uygulamalar şunları içerir:

Havacılık ve Uzay: Türbin kanatları, motor bileşenleri, uçak gövdesi ve yapısal parçalar

Tıbbi implantlar: Ortopedik implantlar, sabitleme cihazları, cerrahi aletler

Otomotiv: Turboşarj çarkları, valf gövdeleri, yakıt sistemi parçaları

Endüstriyel: Isı eşanjörleri, basınçlı kaplar, pompa gövdeleri, mastarlar ve fikstürler

Petrol ve gaz: Kuyu içi aletler, valf gövdeleri, manifoldlar

Savunma: Uydu ve İHA bileşenleri, zırh kaplama

EBM, bu endüstrilerde optimize edilmiş tasarımlarla daha hafif, daha güçlü ve daha yüksek performanslı bileşenler sağlar.

Faydaları EBM Katmanlı Üretim

EBM teknolojisinin faydaları şunlardır:

• Düşük gözeneklilik – 100% yoğunluğuna yaklaşmak mükemmel mekanik özelliklerle sonuçlanır
• Yüksek mukavemetli – Titanyum alaşımları işlenmiş malzeme özelliklerine uygundur ve hatta onları aşar
• Tasarım özgürlüğü – Karmaşık geometriler üretilebilir
• Hızlı prototipleme – Ürün geliştirme döngülerini hızlandırır
• Parça konsolidasyonu – Birden fazla bileşeni entegre ederek montajları azaltır
• Ağırlık azaltma – Daha hafif bileşenler otomotiv ve havacılıkta yakıt tasarrufu sağlar
• Tam zamanında üretim – Döküm ve dövme işlemlerinin uzun teslim sürelerini azaltır
• Özelleştirilmiş ürünler – Hastaya özel tıbbi cihazlar ve kişiselleştirilmiş tüketim malları
• Sürdürülebilir üretim – Çıkarma yöntemlerine kıyasla israfı azaltır

Bu avantajlar, performansı artırmak, maliyetleri azaltmak ve yeni ürün yeniliklerini mümkün kılmak için EBM'nin endüstriler arasında benimsenmesini sağlar.

EBM Eklemeli Üretimin Sınırlamaları

EBM'nin bazı sınırlamaları vardır:

• Yüksek ekipman maliyeti – EBM makineleri $500.000-$1,5 milyon aralığında yüksek ön sermaye maliyetine sahiptir
• Parça boyutu kısıtlamaları – Yapı zarfları maksimum parça boyutlarını kısıtlar
• Boyutsal doğruluk – Sıkı toleranslara ulaşmak için genellikle son işlemler gerekir
• Yüzey kaplaması – Merdiven çıkma etkisi, bitirme gerektiren pürüzlü yüzeylere yol açar
• Oluşturma oranı – Lazer veya elektron ışınlarını kullanan toz yataklı füzyon proseslerinden daha yavaştır
• Reaktif metaller – İnert metaller veya titanyum ve tantal gibi metallerle sınırlıdır
• Toz giderme – Kullanılmayan metalik toz çıkarılmalı ve geri dönüştürülmelidir
• Termal stresler – Parçanın çarpılmasına ve çatlamasına neden olabilir

EBM teknolojisinde devam eden gelişmeler hızı, kaliteyi, malzeme esnekliğini ve maliyet etkinliğini artırmayı amaçlamaktadır.

EBM Eklemeli Üretim için Tasarım İlkeleri

Aşağıdaki tasarım yönergeleri, EBM teknolojisinin başarıyla kullanılması için çok önemlidir:

• Çıkıntıları ve desteklenmeyen geometrileri en aza indirin
• Fazla tozun giderilmesi için küçük delikler (1-2 mm) ekleyin
• Ağırlığı azaltmak için kafes yapılarını kullanın
• Duvar kalınlıklarını 1 mm'nin üzerinde tutun
• Gerilim yoğunlaşmasını önlemek için ≥ 30°'lik açılar ekleyin
• 0,2% doğrusal ölçeklendirme faktörünü hesaba katın
• İnce ayrıntılarda 0,2 mm toleransa izin verin
• Toz temizliği için ≥ 2 mm iç kanallar tasarlayın
• Sıkışan toz birikiminin olduğu alanları en aza indirin
• Kesit alanını en aza indirmek için parçayı plaka üzerine konumlandırın

Simülasyon araçları, tasarım performansının tasarım sürecinin başlarında değerlendirilmesine yardımcı olur. Tasarımlar AM yeteneklerine özel olarak optimize edilebilir.

EBM için Proses Parametreleri

Kritik EBM süreç parametreleri şunları içerir:

• Işın gücü – Yapım hızını, gözenekliliği ve mikro yapıyı etkiler
• Işın hızı – Daha yüksek hızlar yapım hızını artırır ancak yoğunluktan ödün verebilir
• Işın odağı – Odaklanma ve sapma kontrolü birleşimi
• Tarama stratejisi – Katmanlar arasındaki alternatif raster yönü artık gerilimleri azaltır
• Katman kalınlığı – Daha ince katmanlar çözünürlüğü artırır ancak oluşturma hızını azaltır
• Yapı sıcaklığı – Daha yüksek sıcaklıklar artık gerilimleri azaltır ancak hassasiyetten ödün verir
• Eritme havuzu boyutu – Yerel mikro yapıyı ve özellikleri etkiler
• Hammadde – Toz boyutu dağılımı ve morfolojisi yoğunluğu ve yüzey kalitesini etkiler

Bu parametrelerin kontrol edilmesi, belirli uygulamalar için özelliklerin ve kalitenin aranmasına olanak tanır.

EBM Parçaları için Son İşleme

Ortak EBM parçası işlem sonrası adımları şunları içerir:

• Toz giderme – Fazla tozu iç boşluklardan çıkarmak için boncuk püskürtme
• Stres giderici – Sıcak izostatik presleme artık gerilimlerin azaltılmasına yardımcı olabilir
• Ayırmak – Parçaları baskı plakasından çıkarmak için tel Erozyon
• Talaşlı İmalat – Boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi elde etmek için CNC frezeleme, tornalama, delme
• Parlatma – Takı ve tıbbi implantlar gibi görsel parçalarda parlak yüzey kalitesi için
• Kaplamalar – Aşınmaya dayanıklı, düşük sürtünmeli veya estetik kaplamaların uygulanması
• Kalite Testi – Mekanik özellikleri, iç kusurları, mikro yapıyı ölçün

İşlem sonrası işlemleri en aza indirmek genel parça maliyetini azaltır. Ancak kritik uygulamalar, teknik özelliklerin karşılanması için kapsamlı son işlemler gerektirebilir.

EBM için Kalite Kontrol

EBM üretimi için sıkı kalite kontrol prosedürleri şunları içerir:

• Hammadde denetimi – Elek analizi, akış hızı testi ve hammadde tozunun mikroskopisi
• Proses içi izleme – Eriyik havuzu boyutu, toz yatağı sıcaklığı, vakum seviyesi
• Boyut kontrolleri – CMM ve kritik boyutların diğer metrolojik muayeneleri
• Mekanik testler – Çekme, basma, mikro sertlik, kırılma tokluğu, yorulma
• Tahribatsız değerlendirme – Dahili kusurları kontrol etmek için X-ışını bilgisayarlı tomografi
• Metalografi - Optik ve elektron mikroskobu kullanılarak mikroyapısal karakterizasyon
• Yoğunluk analizi – ≥ 99,5% yoğunluğunu doğrulamak için Arşimed yöntemi veya helyum piknometrisi
• Yüzey pürüzlülüğü ölçümü – Yüzey dokusunu ölçmek için optik profilometri
• Kimyasal analiz – Bileşimi doğrulamak için ICP ve kütle spektroskopisi
• Doğrulama yapıları – Yeni parçalar için süreç parametrelerini doğrulamak amacıyla yapıları test edin

Bu kapsamlı test, sıkı endüstriyel uygulamalar için EBM ürün kalitesini doğrular.

Maliyet Modellemesi EBM Katmanlı Üretim

Toplam maliyetler şunlara bağlıdır:

• Makine maliyeti – Yüksek sermayeli ekipman yatırımı
• Malzeme maliyeti – Toz hammadde maliyeti/kg
• İşletme maliyeti – İşçilik, enerji, bakım, inert gaz
• İşlem sonrası – Ek işleme ve bitirme
• Yapı hızı – Daha hızlı kurulumlar maliyetleri azaltır
• Kullanım oranı – Daha yüksek makine kullanımı maliyetleri daha fazla parçaya yayar
• Uçmak için satın alma oranı – Kullanılmayan toz, maliyet eklenerek geri dönüştürülmelidir
• Parça geometrisi – Kompakt parçalar yapı hacmi kullanımını en üst düzeye çıkarır
• Hacim oluşturun – Daha büyük makineler daha yüksek verim sağlar
• Ölçek ekonomileri – Yüksek hacimli üretim parça başına maliyetleri azaltır

Üretim hacimleri arttıkça ve fazla toz yeniden kullanılabildiğinden maliyetler önemli ölçüde azalır.

EBM Eklemeli Üretim Tedarikçisinin Seçilmesi

EBM hizmet sağlayıcısını seçme kriterleri:

• Kanıtlanmış sistem kurulumları ve müşteri referansları
• Çeşitli sertifikalı havacılık, tıbbi ve endüstriyel uygulamalar deneyimi
• Titanyum, inconel, kobalt krom gibi kaliteli malzeme çeşitleri
• Kalite yönetim sistemi belgelendirmesi – ISO 9001, AS9100
• Sıkı kalite kontrol test prosedürleri
• Standart ve özel tozların envanteri
• İkincil şirket içi işleme ve sonlandırma yetenekleri
• Tasarım desteği ve simülasyon hizmetleri oluşturma
• Metalurji uzmanlığına sahip kadrolu profesyonel mühendisler
• Yüksek verim için büyük yapı zarfları
• Rekabetçi fiyatlandırma yapısının şeffaf bir şekilde iletilmesi
• ITAR ve diğer düzenlenmiş projeleri yönetme becerisine sahip
• Yakınlarda yer alması, yüz yüze toplantılara ve işbirliğine imkan tanır

Düzenlemeye tabi endüstrilerde geçmiş performansa sahip köklü hizmet sağlayıcılar, sıkı kalite beklentilerini en iyi şekilde karşılama eğilimindedir.

EBM ile Diğer AM Yöntemlerinin Artıları ve Eksileri

EBM'nin avantajları:

• Dövme özelliklerine rakip olacak tamamen yoğun metal parçalar
• Yukarı bakan yüzeylerde iyi yüzey kalitesi
• Lazer işlemlerine göre yüksek yapım hızı
• Lazer toz yatağı füzyonuna kıyasla düşük artık gerilimler
• Bitmiş bileşenlerin mükemmel mekanik özellikleri
• Erime havuzu kontrolü mikro yapının iyileştirilmesini sağlar
• Titanyum gibi reaktif metaller için ideal inert yapı koşulları
• Orta ila yüksek üretim hacimleri için uygun maliyetli

EBM'nin Dezavantajları:

• Polimer sistemlere göre daha yüksek ekipman maliyeti
• Lazer PBF'ye kıyasla sınırlı malzeme seçenekleri
• Eğitimli operatörler gerektiren kontrollü süreç
• Genellikle önemli ölçüde son işlem gerekir
• Büyük miktarda elektrik enerjisi tüketir
• Yapı zarfıyla sınırlandırılmış maksimum parça boyutu
• Reaktif metal tozlarının taşınması ve geri dönüşümü
• İşlenmiş veya dövme parçalardan daha düşük profil doğruluğu

Orta ila yüksek hacimli metal bileşen üretimi için EBM, makul maliyetlerle yüksek mukavemet ve kalite sunma konusunda uzmandır. Ancak sürece hakim olmak deneyim gerektirir.

EBM ile DMLS ve SLM'nin karşılaştırılması

EBM ve DMLS:

EBM vs SLM:

SSS

EBM teknolojisi kullanılarak hangi malzemeler işlenebilir?

En yaygın EBM malzemeleri titanyum alaşımları, Inconel gibi nikel alaşımları, kobalt krom ve bazı takım çelikleridir. Son zamanlarda refrakter metaller ve alüminyum alaşımları da benimsenmektedir.

EBM sistemleri ile hangi katman kalınlığına ulaşılabilir?

EBM makineleri 50 mikron kalınlığa kadar katmanlar biriktirebilir. Daha ince 25-35 mikron katmanlar küçük karmaşık bileşenler için tipiktir, 70-100 mikron ise daha büyük kaba parçalar için kullanılır.

EBM bileşenleri için hangi işlem sonrası yöntemler kullanılıyor?

Tipik son işlemler arasında toz giderme, gerilim giderme, plakadan kesme, makineyle işleme, taşlama veya cilalama gibi yüzey işlemleri ve inceleme ve test yer alır.

EBM parçalarıyla hangi hassasiyet ve yüzey kalitesi elde edilebilir?

±0,2% (25 cm başına ±0,5 mm) civarında boyutsal doğruluk elde edilebilir ancak toleranslar sonradan işleme yoluyla daha da geliştirilebilir. Yapım aşamasındaki yüzey pürüzlülüğü 10-50 μm Ra arasında değişir.

EBM, havacılık uygulamaları için DMLS ile nasıl karşılaştırılır?

EBM, yapısal uygulamalar için geleneksel olarak dövülmüş titanyum bileşenlerin malzeme özelliklerini eşleştirebilir. DMLS'den daha yüksek oluşturma hızları sağlar ancak genellikle daha kapsamlı son işlem gerektirir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin