Tillverkning av tillsats av elektronstråle
Elektronstråletillverkning , eller elektronstrålesmältning ( EBM ) är en typ av additiv tillverkning , eller 3D-utskrift , för metalldelar. Råmaterialet (metallpulver eller tråd) placeras under vakuum och smälts samman från uppvärmning med en elektronstråle. Denna teknik skiljer sig från selektiv lasersintring eftersom råmaterialet smälter helt.
Metallpulverbaserade system
Metallpulver kan konsolideras till en fast massa med hjälp av en elektronstråle som värmekälla. Delar tillverkas genom att smälta metallpulver, lager för lager, med en elektronstråle i högvakuum.
Denna pulverbäddsmetod producerar helt täta metalldelar direkt från metallpulver med egenskaperna hos målmaterialet. EBM-maskinen läser data från en 3D CAD-modell och lägger ner successiva lager av pulveriserat material. Dessa skikt smälts samman med hjälp av en datorstyrd elektronstråle. På så sätt bygger den upp delarna. Processen sker under vakuum, vilket gör den lämpad att tillverka detaljer i reaktiva material med hög affinitet för syre, t.ex. titan. Processen är känd för att fungera vid högre temperaturer (upp till 1000 °C), vilket kan leda till skillnader i fasbildning genom stelning och fastfasomvandling.
Pulverråvaran är typiskt förlegerad, i motsats till en blandning. Den aspekten möjliggör klassificering av EBM med selektiv lasersmältning (SLM), där konkurrerande teknologier som SLS och DMLS kräver värmebehandling efter tillverkning. Jämfört med SLM och DMLS har EBM en generellt överlägsen bygghastighet på grund av dess högre energitäthet och skanningsmetod. [ citat behövs ]
- Hårdvara för smältning av elektronstråle
Arcam S12
Arcam A2
Arcam Q10
System för återvinning av metallpulver som används i EBM additiv tillverkning
Forskningsutveckling
Nyligen publicerade arbeten har publicerats av ORNL , som visar användningen av EBM-teknik för att kontrollera lokala kristallografiska kornorienteringar i Inconel . Efter att ha testats i transmissionselektronmikroskopet med den senaste in-situ-tekniken, har EBM Inconel-legeringen visat sig uppvisa liknande mekaniska egenskaper jämfört med en smidd Inconel-legering. Andra anmärkningsvärda utvecklingar har fokuserat på utvecklingen av processparametrar för att producera delar av legeringar som koppar , niob , Al 2024 , bulk metalliskt glas , rostfritt stål och titanaluminid . För närvarande kommersiellt material för EBM inkluderar kommersiellt rent titan , Ti-6Al-4V , CoCr , Inconel 718 och Inconel 625 .
Metalltrådbaserade system
Ett annat tillvägagångssätt är att använda en elektronstråle för att smälta svetstråd på en yta för att bygga upp en del. Detta liknar den vanliga 3D-utskriftsprocessen för fused deposition modellering , men med metall snarare än plast. Med denna process tillhandahåller en elektronstrålepistol energikällan som används för att smälta metalliskt råmaterial, vilket vanligtvis är tråd. Elektronstrålen är en mycket effektiv strömkälla som både kan fokuseras exakt och avledas med hjälp av elektromagnetiska spolar med hastigheter långt upp i tusentals hertz. Typiska elektronstrålesvetssystem har hög effekttillgänglighet, där 30- och 42-kilowatt-system är vanligast. En stor fördel med att använda metallkomponenter med elektronstrålar är att processen genomförs i en högvakuummiljö på 1 × 10 −4 Torr eller mer, vilket ger en kontamineringsfri arbetszon som vanligtvis inte kräver användning av ytterligare inerta gaser används med laser- och ljusbågsbaserade processer. Med EBDM matas råmaterialet in i en smält pool skapad av elektronstrålen. Genom att använda numeriska datorkontroller (CNC), flyttas den smälta poolen runt på en substratplatta och tillsätter material precis där det behövs för att producera den nästan nettoformen. Denna process upprepas på ett lager-för-lager-sätt tills den önskade 3D-formen produceras.
Beroende på vilken del som tillverkas kan deponeringshastigheterna variera upp till 200 kubiktum (3 300 cm 3 ) per timme. Med en lätt legering , som titan , översätts detta till en avsättningshastighet i realtid på 18 kg (40 pund) per timme. Ett brett utbud av tekniska legeringar är kompatibla med EBDM-processen och är lätt tillgängliga i form av svetstråd från en befintlig försörjningsbas. Dessa inkluderar, men är inte begränsade till, rostfria stål, koboltlegeringar , nickellegeringar , kopparnickellegeringar , tantal , titanlegeringar, såväl som många andra högvärdiga material. [ citat behövs ]
Marknadsföra
Titanlegeringar används i stor utsträckning med denna teknik, vilket gör den till ett lämpligt val för marknaden för medicinska implantat.
CE-certifierade acetabular cups är i serieproduktion med EBM sedan 2007 av två europeiska tillverkare av ortopediska implantat, Adler Ortho och Lima Corporate . [ citat behövs ]
Den amerikanska implantattillverkaren Exactech har också fått FDA-godkännande för en acetabular cup tillverkad med EBM-teknologin. [ citat behövs ]
Flyg och andra mycket krävande mekaniska tillämpningar är också inriktade på, se Rutherford raketmotor .
EBM-processen har utvecklats för tillverkning av delar i gamma-titaniumaluminid och utvecklas för närvarande av Avio SpA och General Electric Aviation för produktion av turbinblad i γ-TiAl för gasturbinmotorer.
Den första EBM-maskinen i USA är inhyst av Department of Industrial and Systems Engineering vid North Carolina State University .
Se även
Vidare läsning
- Tillverkningsteknik och teknik femte upplagan. Serope Kalpakjian.