eBM üretim süreci

Elektron Işınıyla Eritme (EBM), tamamen yoğun parçalar oluşturmak üzere metal tozunu katman katman seçici olarak eritmek için elektron ışını kullanan bir eklemeli üretim sürecidir. ebm üretim süreci, karmaşık, yüksek performanslı metal parçalar üretmek için geleneksel üretim yöntemlerinin ötesinde yetenekler sunar.

Ebm üretim sürecine genel bakış

EBM diğer toz yatağı füzyon tekniklerine benzer şekilde çalışır. İşlem, bir elektron ışınının bir yapı plakası üzerinde ince katmanlar halinde yayılmış tozu seçici olarak taradığı ve erittiği yüksek vakumlu bir odada gerçekleşir. Her katman eridikten sonra, yapı plakası alçalır ve yüzey üzerinde daha fazla toz taranır, ardından elektron ışını bir sonraki katmanı eritir ve kaynaştırır.

Anahtar Detaylar:

• Metal Tozundan Katman Katman Parça Üretimi
• Elektron Işını Tozu Seçici Olarak Eritir
• Süreç Bir Vakum İçinde Gerçekleşir
• Hızlı Eritme için Yüksek Işın Gücü
• Kullanılan Destek Yapıları, İşlem Sonrası Kaldırıldı
• Tam Parça Oluşana Kadar Tekrarlar

Avantajlar:

• Karmaşık Geometriler için Tasarım Özgürlüğü
• Doğrudan CAD'den Fonksiyonel Metal Parçalar
• Mükemmel Mekanik Özellikler
• Yüksek Yoğunluklu Parçalar, 99,9%'ye kadar
• Talaşlı İmalata Kıyasla İsrafı Azaltın

EBM, geleneksel imalata kıyasla açılar, çıkıntılar ve alt kesimler üzerinde daha az kısıtlama ile karmaşık geometrileri üretmek için daha fazla özgürlük sağlar. EBM ile üretilen parçalar, dövme özellikleriyle karşılaştırılabilir veya daha üstün mekanik özellikler sunar.

EBM'de Kullanılan Malzemeler

EBM, çeşitli alaşımları tamamen yoğun parçalar halinde işleme kapasitesine sahiptir ve en çok titanyum, alüminyum, kobalt krom, nikel alaşımları, paslanmaz çelikler ve takım çeliklerine odaklanmıştır.

Malzemeler:

• Titanyum Ti64, Ti64ELI, ticari olarak saf titanyum
• Alüminyum AlSi10Mg, AlSi12, Scalmalloy
• Kobalt Krom CoCrMo, CoCrW
• Nikel Alaşımları IN718, IN625, IN939
• Paslanmaz Çelikler 316L, 17-4PH, 304L, 420
• Takım Çelikleri H13, D2, M2
• Diğerleri: CuSn10, CuCr1Zr

Titanyum alaşımları, nikel süper alaşımları ile birlikte havacılık ve uzay bileşenlerinde yoğun kullanım görmektedir. Kobalt krom tıbbi implantlar için popülerdir. Takım çeliği kalıpları ve alüminyum bileşenler otomasyon ve otomotive hizmet eder. Boyutları 15 mikrona kadar inen çeşitli metal tozları kullanılabilir.

EBM Süreç Kabiliyetleri

EBM, son kullanım parçalarını ve ürünleri, çok az işlemden geçirerek veya hiç işlemden geçirmeden doğrudan üretebilir. Bazı temel yetenekler şunlardır:

Geometrik Karmaşıklık

• Karmaşık kafesler ve ağ yapıları
• Derin kanallar, alt kesimler, tüneller
• İnce duvarlar (< 1 mm) ve ince detaylar
• Hafifletici topoloji optimizasyonu

Mekanik Özellikler

• Mukavemet ve sertlik değerleri dövme metallerle eşleşir veya aşar
• Dövme ile aynı seviyede yorulma ve kırılma direnci
• 0,8%'nin altında gözenekliliğe sahip yoğun bileşenler

Doğruluk ve Çözünürlük

• Parça boyutunun 0,2 mm veya 2% dahilinde doğruluk
• En ince özellik boyutu yaklaşık 0,3 mm
• En ince duvarlar 0,25-0,5 mm
• Minimum özellik boyutları gelişmeye devam ediyor

Yüzey İşlemi

• Ham EBM yüzey kalitesi yaklaşık 5-9 μm pürüzlülük
• Son profilleme 1,5 μm pürüzlülük elde edebilir
• Daha ince parlatma için kullanılan ek işlemler

Hacim Oluşturma

• Ticari sistemler 150 mm çaptan 1000 x 600 x 500 mm yapılara kadar çeşitlilik gösterir
• Daha büyük gümrük sistemleri de geliştiriliyor
• Maksimum parça boyutlarında sürekli iyileştirmeler

EBM Katmanlı Üretim Sürecinin Adımları

EBM üretim süreci, malzemeyi eritmek ve kaynaştırmak için bir elektron ışını kullanarak metal parçaları katman katman kurmak, hazırlamak, inşa etmek ve tamamlamak için bir dizi adım olarak gerçekleşir.

EBM Süreç Adımları:

1. Parçayı 3D Modelleyin ve Tasarımı AM için Optimize Edin
2. Dosyayı EBM Sistemi için Standart Formata Dönüştür
3. Malzeme Seçin, Yapı Parametrelerini Ayarlayın
4. Spesifikasyonlara Göre Metal Tozu Hazırlayın
5. Makineye Toz Yükleyin, Yapı Alanını Düzleştirin
6. Toz Katmanını Yayın, Işın ile Ön Isıtın
7. Her Katman için Ambar Eritme Alanları, Sigorta Metali
8. Platformu İndirin, Sonraki Katmanı Ekleyin
9. Parçayı Tamamlamak için Katmanlamayı/Eritmeyi Tekrarlayın
10. Hazneden Çıkarın, Parçayı Taban Plakasından Ayırın
11. Destek Yapılarını Parçadan Çıkarın
12. Gerektiğinde İşleme, Parlatma, Sıcak İzostatik Presleme ile İşlem Sonrası

Her malzeme için optimize edilen kritik proses parametreleri arasında ışın gücü, ışın hızı, tarama aralığı, tarama stratejisi, katman süresi, katman kalınlığı, ön ısıtma sıcaklıkları ve işlem sonrası ısıl işlemler yer alır. Bu ayarların yapılması parça yoğunluğu, artık gerilme, yüzey kalitesi, mikroyapı ve mekanik özelliklerin ayarlanmasını sağlar.

Elektron Işını Katmanlı İmalatın Avantajları

EBM, maliyet, performans, verimlilik, karmaşıklık, özellikler ve sürdürülebilirlik açısından geleneksel eksiltmeli üretim veya diğer eklemeli yöntemlere göre çeşitli cazip avantajlar sağlar.

EBM'nin avantajları:

• Hafif, karmaşık geometriler için tasarım özgürlüğü
• CAD'den bitmiş işlevsel parçaya kadar kolaylaştırılmış iş akışı
• Karmaşık özellikler için takımlama ve fikstürlemeyi ortadan kaldırır
• 99,9%'ye kadar yüksek metal yoğunluğu
• Mükemmel mukavemet ve sertlik özellikleri
• Küçük/orta hacimler için parça başına daha düşük maliyet
• Eksiltici proseslere kıyasla daha az atık metal
• İşlem sonrası ve teslim sürelerini en aza indirir
• Mikroyapı ve özellikler için parametre kontrolü
• Yüksek ışın gücü, daha yüksek yapı hızları sağlar

EBM süreci, yenilikçi tasarım yaklaşımlarını ve gelişmiş performans için karmaşık parçaların birleştirilmesini kolaylaştırır. Özel takımlama veya kapsamlı son işlem operasyonlarıyla ilişkili aşırı maliyet olmadan hızlı bir şekilde yüksek yoğunluklu son kullanım metal bileşenleri üretir.

Elektron Işını Katmanlı Üretimin Sınırlamaları

Avantajlarının yanı sıra, EBM'nin üretim uygulamaları için uygunluğunu belirlerken dikkate alınması gereken bazı doğal sınırlamaları da vardır.

EBM'nin sınırlamaları:

• Polimer sistemlere göre daha yüksek ekipman maliyeti
• Şu anda sınırlı sayıda onaylı havacılık/tıbbi alaşımlar
• Işın saptırma optiği maksimum yapı boyutunu sınırlar
• Lazer toz yatağı füzyonuna göre daha düşük tarama hızları
• Lazer sistemlerine göre daha düşük ince özellik çözünürlüğü
• Toz iletkenliği ve yapı yüksekliğinden etkilenen ışın erimesi
• Yüzey kalitesini iyileştirmek için işlem sonrası
• Küçük iç boşluklar veya füzyon kusurlarının olmaması mümkündür
• Olgunlaşacak süreç izleme ve kalite kontrol alanları

Elektron ışını sistemleriyle ilişkili yüksek ekipman giderleri, daha yüksek parça maliyetleriyle sonuçlanır ve EBM'yi, takımlardan elde edilen maliyet tasarruflarının ilk sermaye harcamalarını dengelediği daha düşük hacimli üretim için daha uygun hale getirir.

EBM'de Kalite Kontrol ve İşlem Sonrası

Tüm toz yataklı metal katkılı üretim süreçlerinde olduğu gibi, EBM bileşenleri de parametre optimizasyonu, işlem sonrası, sıcak izostatik presleme ve kalite kontrol prosedürleri yoluyla azaltılması gereken gözeneklilik, anizotropik özellikler, yüzey kalitesi, artık gerilme, toz etkileri ve geometrik boyutlandırma ile ilgili potansiyel kalite sorunlarıyla karşılaşabilir.

Kalite Kontrol:

• Tutarlı hammadde metal tozu özellikleri
• Alaşım ve geometriye özel parametre optimizasyonu
• Termal emisyonların yerinde izlenmesi
• Yoğunlukları doğrulamak için inşaat sonrası BT taramaları
• ASTM standartlarına göre mekanik özelliklerin test edilmesi

İşlem sonrası:

• Termal gerilim giderme ve sıcak izostatik presleme
• Yüzey kalitesini iyileştirmek için boncuk kumlama
• Frezeleme, tornalama, taşlama, parlatma
• Fonksiyonel özellikler için kaplamalar veya işlemler

Devam eden çalışmalar, kalite ve güvenilirliği ilerletmek için gerçek zamanlı süreç izleme, hammadde toz kalite kontrolü, modelleme simülasyonları ve kapalı döngü geri bildirim parametre optimizasyonunu geliştirmeye devam ediyor.

Elektron Işını Katmanlı Üretim Uygulamaları

EBM'nin sağladığı tasarım özgürlüğü, havacılık, savunma, tıbbi teknoloji, otomotiv ve enerji uygulamalarında sınırları zorlayan ilerici endüstrilerde yüksek performanslı son kullanım bileşenlerine dönüşmektedir.

Endüstri Uygulamaları:

Havacılık ve Uzay - Türbin kanatları, pervaneler, itme odaları, kafesler Otomotiv - Şasi ve güç aktarma organlarının hafifletilmesi Tıbbi - Ortopedik implantlar, protez cihazları
Enerji - Isı eşanjörleri, basınçlı kaplar, sondaj Savunma - İHA'lar, koruyucu askeri araç parçaları Aletler - Konformal soğutma kalıpları, kalıplar, desenler

EBM, karmaşık montajların gelişmiş özelliklere sahip tek parçalar halinde birleştirilmesini kolaylaştırır ve küçük ila orta ölçekli seri üretime hizmet eder. Süreç, daha geniş alaşımlar ve kalite kontrol önlemleri olgunlaştıkça hızlı prototiplemeden sertifikalı seri imalata doğru ilerlemeye devam etmektedir.

EBM Ekipman Tedarikçileri

Bir avuç yerleşik endüstriyel sağlayıcı, entegre toz işleme çözümleriyle birlikte ticari EBM katkılı üretim sistemleri sunmaktadır. Özel geniş formatlı makineler de geliştirilme aşamasındadır.

EBM Ekipman Tedarikçileri:

Küçük Ölçekli / Araştırma Sistemleri

• Arcam A2X
• İleri İmalat Teknolojisi Enstitüsü EBAM 150
• Linz Center of Mechatronics GmbH Micro-EBAM

Daha büyük yapı hacimleri, Ar-Ge çalışmaları devam eden bir metrenin üzerindeki özelleştirilmiş çözümlerle artmaya devam ediyor. Işın genişlikleri de tek e-ışının ötesine geçerek daha yüksek hızlar için çoklu koordineli ışınlara doğru ilerliyor.

Elektron Işını Katmanlı Üretimin Maliyet Analizi

EBM'nin bir son kullanım metal katkılı üretim prosesi olarak benimsenmesi, ekipman alımı, malzeme sarf malzemeleri ve operasyonel genel giderler için yapılan harcamaların, montajların birleştirilmesi, işlemenin en aza indirilmesi ve envanterlerin doğru boyutlandırılmasından elde edilen birim parça maliyet tasarruflarına karşı tartılmasını gerektirir.

Maliyet Faktörleri - EBM vs Geleneksel Üretim

Genel olarak, EBM, envanter, işleme süresi ve montaj konsolidasyonlarının, pahalı takımlar ve aşırı parti boyutları ile yüksek hacimli geleneksel üretime kıyasla büyüklük sırasına göre daha yüksek makine ve toz maliyetlerini dengelediği, bir ila birkaç yüz birim civarında daha düşük hacimli karmaşık metal parçalar için avantajlar sağlar. Parça miktarı, oranı, karmaşıklığı, performans hedefleri ve kalite beklentileri, optimum üretim yöntemi seçiminde büyük rol oynar.

Elektron Işını Katmanlı Üretim için Güvenlik Hususları

Tüm endüstriyel üretim ekipmanlarında olduğu gibi, elektron ışını metal 3D baskı da yüksek voltajlı elektrik, inert gazlar, reaktif metal tozları ve tehlike azaltma kontrolleri gerektiren toksik malzemelerin kullanımı ile ilgili sağlık ve güvenlik risklerini beraberinde getirir.

EBM Güvenlik Hususları:

• Yüksek gerilim elektronik muhafazası
• X ışını maruziyetinden korunma
• Basınç altında kriyojenik gazlar
• Reaktif metal tozu tozları
• Nanopartikül maruziyetleri
• Manuel toz eleme ergonomisi
• Mekanik ve lazer kilitler
• Malzeme alevlenebilirlik önlemleri
• Personel KKD gereksinimleri
• Ekipman kilitlemeleri ve e-durdurmalar
• Çalışma süresi için rutin bakım
• Kiriş saatlerinin ve performansının izlenmesi

Mühendislik kontrolleri, güvenlik protokolleri, koruyucu ekipman, düzenlenmiş bakım ve toz yatağı ekipmanı için uygulanan Assembly Bill & Conformité Européenne direktifleri ile birlikte kapsamlı operatör eğitimi, sağlık ve çevresel korumanın birden fazla katmanını sağlar.

Elektron Işını Katmanlı Üretim için Geleceğe Bakış

EBM teknolojisi ve kalitesi olgunlaşmaya devam ettikçe, performansın daha yüksek maliyetleri haklı çıkardığı birkaç bin birimin altındaki ılımlı üretim hacimlerine sahip uygulamaları tercih eden havacılık, medikal, endüstriyel, takım ve otomotiv sektörlerinde daha geniş bir benimseme beklenmektedir.

EBM'de Gelecek Eğilimler:

• İşlenebilir alaşım portföyünün genişletilmesi
• Daha büyük yapı hacimleri için donanım
• Daha yüksek hızlar için çok ışınlı sistemler
• Geliştirilmiş ışın saptırma aralığı ve hassasiyeti
• Geliştirilmiş ışın odaklama ve hassasiyet
• Yerinde izleme ve kapalı döngü kontrol
• Süreç parametrelerinin standardizasyonu
• Kapsamlı toz yönetimi çözümleri
• Hibrit üretim entegrasyonu
• Sertifikasyon için kalite kriterleri
• Yüksek hızlı üretim uygulamaları

Birden fazla koordineli elektron ışınının dahil edilmesi tarama hızlarını katlayabilir. EBM'yi frezeleme veya diğer ikincil işlemlerle tek bir platformda birleştiren hibrit sistemler, işleme sonrası işlemlerin kolaylaştırılmasını sağlar. Donanım, malzemeler, kalite protokolleri ve parça onay iş akışları ilerledikçe, EBM'nin benimsenmesi, genişleyen sertifikalı uygulamalarda daha yüksek hızlı üretime uygundur.

SSS

S: EBM hangi malzemeleri işleyebilir?

C: EBM yaygın olarak titanyum, alüminyum, nikel, kobalt krom, paslanmaz çelik, takım çeliği ve bakır alaşımlarını işler. Malzeme seçenekleri genişlemeye devam ediyor.

S: EBM gözenekli veya tamamen yoğun parçalar üretiyor mu?

C: EBM, kısmen önceden sinterlenmiş tozlar kullanarak 99%'nin üzerinde yoğun metal bileşenler üretmektedir. Yoğunluk, dökme ve dövme metalleri aşar.

S: EBM diğer metal AM süreçlerine kıyasla ne kadar doğrudur?

C: Boyutsal doğruluk, diğer toz yatak teknolojileriyle rekabet edebilecek toleranslarla ±0,2 mm'ye ulaşır, hassasiyet deneyimle artar.

S: EBM üretimini hangi sektörler kullanıyor?

C: Havacılık, medikal, otomotiv, endüstriyel, takım, savunma, robotik, enerji endüstrileri son kullanım bileşenleri için EBM'den yararlanıyor.

S: EBM katkılı üretim için parça başına maliyet nedir?

C: Parça maliyetleri boyuta, geometri karmaşıklığına, üretim hızlarına, malzeme hacimlerine, işlem sonrası ihtiyaçlara vb. bağlı olarak $100 ile $10.000+ arasında değişmektedir.

S: Hangi hizmet sağlayıcılar EBM katkılı üretim sunuyor?

A: RapidDirect, 3D Systems, Carpenter Additive, Alloyed, Sigma Labs, Velo3D, Barnes Aerospace, Burloak Technologies, Morf3D.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin