אלקטרון באם מלטינג: הנדסה העתיד של ייצור מתכתי

הנוף של ייצור תעשייתי עוצב מחדש על ידי טכנולוגיות תוספים, במיוחד הדפסה תלת מימד מתכת, אשר מאפשר עכשיו ייצור של חלקים שהיו בעבר בלתי אפשרי ליצור עם שיטות תת-אקטיביות סטנדרטיות ייצור של תוספי מתכת מתקדמים ביותר הוא אלקטרון באם מלטינג (EBM), טכנולוגיה של אבקת היתוך מיטה כי ממנתם אלקטרון אנרגיה גבוהה לבנות באופן מלא, מורכב מתכת מערכות אשר בניגוד לייזר מבוסס, במיוחד עבור תרכובות רשת EBM, במיוחד, חומרים חיוניים של חומרים תעשייתית, אשר משלבת, אשר משפרת, חומרים תעשייתית, אשר משפרת, חומרים מתקדמים, מרכזי של טכנולוגיות ייצור אנרגיה גבוהה, אשר משלבת, אשר משלבת את ה-M.

מה זה אלקטרון באם מלטינג (EBM)?

אלקטרון באם מלטינג הוא תהליך ייצור תוספת של אבקת שומן שפותח במקור באוניברסיטת Chalmers טכנולוגיה בשוודיה ולאחר מכן ממוסחר על ידי Arcam AB, עכשיו בת של GE Additive. in EBM, קרן אלקטרון beam rastering מעל שכבה דקה של אבקת מתכת נמס חלקיקים יחד על פי מודל של CAD.

המבדל מפתח בין EBM לבין אבקת אבקת אבקת לייזר מבוסס לייזר (למשל, מתכת ישירה לייזר Sintering, DMLS) הוא מקור האנרגיה. Electrons לשאת באופן משמעותי יותר אנרגיה מאשר פוטונים, ומאפשר לדבורה לחדור עמוק לתוך המיטה אבקה, וכתוצאה מכך מהירות סריקה מהירה יותר ולהגדיל את טמפרטורת הריק מבטלת ספיגה אטמוספירית ולהפחית את הצורך בגז, אם כי עדיין דורש ניקוי מוקדם יותר (Ficicicial) הוא בדרך כלל מנקה לחץ דם גבוה יותר.

איך EBM עובד? - שלב התהליך

הבנת תהליך EBM דורש התבוננות ברצף הפעולות בתוך מחזור בנייה שלם.למרות דומה במושגים של שיטות היתוך מיטה אחרות אבקת, הפיזיקה הספציפית של אינטראקציה בין קרן אלקטרונים וסביבת הטמפרטורות הגבוהות הופכת את EBM למבדילה.

שלב 1: אבקה מתפשטת ומחמת

שכבה דקה של אבקת מתכת (בדרך כלל 50-100 מיקרומטר עבה) מופץ על פני פלטפורמה בונה באמצעות גרף או רולר.הפלטפורמה כולה מוצפת על ידי סריקה של קרן האלקטרונית בעוצמה נמוכה. זה חלקי לא רק מחזיק את האבקה במקום, אלא גם מחמם את המיטה לטמפרטורה כמעט מרגיעה, אשר מפחית את ההלם התרמי כאשר השכבה מתמסת כל חום עוזר גם לייצבת כמו גם לייצבת אבקה מכנית תמיכה מכנית.

שלב 2: Beam Scanning and Melting

ברגע שהמיטת מגיעה לטמפרטורה המתאימה, קרן האלקטרונית ממוקדת בקוטר של 0.1-0.4 מ"מ ומאצת על ידי מתח של 30-60 kV. הדבורה מחוספסת מגנטית, ומאפשרת סריקה מהירה ללא חלקים נעים.האסטרטגיה הממסת משתמשת בדרך כלל בשילוב של קווי מתאר וסורקים. קוטור מגדיר את קווי המתאר של החלק לשיפור איכות פני השטח, בעוד שאטאטאטים ממלאים את הפנים לעתים קרובות יכול להיות מגובה על פני 1,000 מטרים, או לעבור על גבי כדור הארץ.

שלב 3: שכבת ההגשה והפלטפורמה התחתונה

לאחר ההיתוך, הדבורים מתגים לכוח נמוך כדי לשמור על הטמפרטורה בעוד פלטפורמת הבנייה מורידה על ידי עובי שכבתי אחד. שכבה חדשה של אבקה מתפשטת, והתהליך חוזר על עצמו. 1 קצב חשוב: מערכות EBM בדרך כלל לא משתמשות להב מהדהד שמקשר את החלק; במקום זאת, הם משתמשים באפר אבקה וגביע אשר מפקד אבקה מעל החלק, להסתמך על הכבידה ועל רטט זה למנוע נזק לתכונות עדינות.

שלב 4: Cool Down and Part Recovery

כאשר הבניין הושלם, מיטת האבקה כולה, כולל החלק, מותר להתקרר בהדרגה לטמפרטורת החדר - תהליך שיכול לקחת כמה שעות.בוקר מבוקר מסייע למנוע עיוות תרמי.לאחר מכן, העוגה של אבקת האומללה הוסרה, ואת החלקים מופרדים EBM חלקים לעתים קרובות דורשים שלבים לאחר עיבוד כגון לחץ על פני השטח (HIP) כדי לחסל כל נקבוביות פנימית, מתח, ולסיים, כדי לסיים את פני השטח (התקיצה קריטית).

היתרונות של EBM בייצור תעשייתי

EBM מציע סדרה של הטבות שהופכות אותה לבחירה המועדפת עבור יישומים מסוימים בעלי ערך גבוה, במיוחד כאשר המורכבות חלקית וביצועים חומריים הם רב-חשיבות.

  • (FLT:0) בניית קצב ומוצריות המוצריות: מכיוון שדבורת האלקטרון יכולה לנוע במהירויות גבוהות מאוד וסביבת הריק מאפשרת צפיפות אנרגיה גבוהה, EBM יכול להמיס כמויות גדולות של אבקה מהר יותר מאשר מערכות מבוססות לייזר.
  • (FLT:0) ,Residual StressFLT:1: הטמפרטורה הגבוהה טרום-חום (לעיתים קרובות מעל טמפרטורת ההסתה של החומר) בעצם מדגישה את החלק במהלך הבנייה.זה מקטין את הסיכון של דלמנט וסדקים - במיוחד חשוב עבור סגסוגת בין-מתכתית או supersolely-Stric ניקלalls גבוה.
  • (FLT:0) Excellent Mechanical PropertiesFLT:1: Parts המיוצרים על ידי EBM בדרך כלל להציג תכונות מכניות מורכבות, כולל טיהור גבוה והתנגדות עייפות. ⁇ ⁇ מושגת תחת ואקוקום תורמת לנכסים אנטרופיים, אם כי חלק מהמרקם עשוי להתקיים בכיוון הבנייה.
  • (FLT:0) ,Material VersatilityFLT:1: הסביבה של הריק מאפשרת עיבוד של חומרים אשר oxidize במהירות באוויר או אט אט אט אט אט אט אטריות גזים. Common EBM חומרים כוללים Ti-6Al-4V, CoCrMo alloys, Inconel 718, טנטלום ואפילו tungstens - האחרון הוא כמעט בלתי אפשרי עם לייזרים עקב רפידות גבוהה.
  • (FLT:0) שפכים מינימליים: כמו בכל תהליכי אבקת מיטה, אבקה לא בשימוש ניתן למקם ולשוע מחדש, אם כי אבקת EBM לעתים קרובות דורשות התמזגות תקופתית עם אבקה טריה עקב שינויים בהתפלגות גודל חלקיקים במהלך חיטוי.

הגבלות ושיקולים

אין טכנולוגיה ללא סחרחורת.מהנדסים תעשייתיים חייבים לשקול את הגורמים הבאים בעת בחירת EBM עבור קו הייצור שלהם:

  • (FLT:0Surface End and ResolutionFLT:1: חלקי EBM יש מרקם משטח אופייני (Ra 15–25 μm) בשל אבקת הנטועה חלקית הדבקת משטחים החיצוניים.זה מקובל על יישומים רבים (למשל, שתלים רפואיים שבהם ישולמו יתרונות מחוספס), אך דורש חלקים בסדר או ממשטח משני, הוא צורך מלוטש או מברשות.
  • (FLT:0) סכומים גבוהים והפעלה של עלויות ההרחבה: מערכות EBM יקרות - לעתים קרובות 500,000 $ ל-1 מיליון דולר ליחידה - ודורשות טכנאים מיומנים כדי לשמור על מערכת הריק והפחן.
  • (FLT:0) התחייבויות על Part SizeFLT:1: בניית כרכים מוגבלים על ידי גודל תא הריק.מערכות אופייניות לבנות גלילים של כ-200-350 מ"מ בקוטר ועד 400 מ"מ בגובה, הגבלת יישומים לרכיבים בינוניים.
  • (FLT:0) פלודר גודלינג ובטיחות FLT:1; אבקת מתכת תגובתית מציגה אש ופגעים בפיצוץ.תהליך החיטוי יוצר "קייק" שברירי שיש להסיר בזהירות באמצעות כלים pneumatic או עבודה ייעודית.

יישומים תעשייתיים של EBM

EBM מצאה את אחיזתה החזקה ביותר בתעשיות שבהן אי ספיקת אינה אופציה, וכאשר חופש הגיאומטרי של ייצור התוסף יכול לפתוח את הישגי הביצועים המצדיקים את העלות.

חללי תעופה

המגזר האווירי היה מאיץ מוקדם של EBM, באמצעותו לייצר חזיונות מבניים, להבים טורבינות, קוטור קוטור.היכולת להפחית ספירה חלקית ומשקל תוך שמירה על כוח הוא קריטי עבור יעילות מטוסים.לדוגמה, GE תעופה אישרה EBM עבור ייצור של שטח אחסון טמפרטורת T25 על מנוע LEAP, החלפת חלק יציק עם עיצוב בהיר יותר, מורכב יותר, כמו FtanFRM, כולל רכיבים מבוססי לייזר.

שתלים רפואיים

ב אורתודודי וניתוח שיניים, EBM הוא תקן הזהב לייצור שתלים מתכתיים ⁇ המעודדים גידול העצם.משטח גס ויכולת לעצב נקבוביות מבוקרת (למשל, מבנים ליטיצ'ה) לחקות את ארכיטקטורת העצם הטראבית, המוביל לתקן טוב יותר ויציבות לטווח ארוך.

רכב

בעוד נפח ייצור הרכב גבוה, EBM משמש עבור נמוך כרכים, יישומים ביצועים גבוהים כגון רכיבים של מנועים, כלי שילוב, וחלקי אבטיפוס.היכולת לייצר ערוצי קירור בהתאמה בתבניות הזריקה מפחיתה את זמני מחזור עד 50%.קל בקרם קל משקל קלקל משקל ורכיבי השעיה עבור רווח מיחס כוח-ל-משקל של טיטן, ואת המהירות של EBM בר קיימא עושה עבור יישומים אלה.

אנרגיה וכלי

בשמן וגז, EBM משמש לרכיבי קידוח שחייב לעמוד בפני קורוזיה ושחיקה, כגון מכשירי בקרת זרימה ומחברים תת-ימיים. במגזר הגרעיני, חלקים מורכבים לטיפול בדלק ורכיבי כור יכולים להיות מומצאים מחומרים כמו טנטלום או zirconium שקשה למכונה.התעשייה המיטיבת את EBM לייצר ⁇ עבור עובש פלסטיק, שבו טוהר של ערוצי נחושת וניתן ליצור את יכולת נחושת פנימית.

מגמות עתידיות ב- EBM טכנולוגיה

שדה EBM מתפתח במהירות.התפתחויות רבות מכוונות להרחיב את טביעת הרגל התעשייתית שלה בשנים הקרובות.

גדול יותר בנה נפחים ומוצרים גבוהים יותר

מערכת ZELEM Spectra H של GE כוללת גליל בנייה של 430 מ"מ גובה ו 350 מ"מ קוטר, יחד עם אקדח אלקטרוני חזק יותר אשר מגביר את הבנייה בשיעור של עד 50%.זה הופך את EBM תחרותי יותר לייצור סדרתי של חלקים גדולים יותר, כגון מנועים מטוסים CASEINGs. בנוסף, חברות כמו Freemelt מציגות מכונות EBM פתוח המאפשרות ל-R&D למעבדות סטנדרטיות ומעבדות עיבוד.

פיקוח תהליכים מתקדמים ובקרה

טכניקות ניטור באינטרנט - שימוש באלקטרון קרן עצמה כמו חיישן (דמיית אלקטרון גיבוי) או שילוב מצלמות אינפרא אדום - מפותחים כדי לזהות פגמים בזמן אמת. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לנתח אותות אלה כדי להתאים את הפרמטרים להמיס על זבוב, צמצום הוורידות ומאפשר ייצור נכון בפעם הראשונה.זה קריטי עבור הסמכה בתעשיות מוסדרות כמו אווירוקל ומכשירים רפואיים.

מבנה רב-מיטרי ודרגתי

מחקר מתמשך כדי לאפשר דירוג פונקציונלי של חומרים בתוך בניין יחיד - לדוגמה, מעבר של ליבה קשה על פני משטח בעל השפעה על אופניים. אלקטרון קרן יכול להיות מותאם באופן תיאורטי להמיס אבקות שונות נמסרו מכמה משחות, אם כי אתגרים נשארים להימנע מזיהום צלב. אבות טיפוס מוקדם של מערכות כאלה הוכחו באוניברסיטאות ויכולים להגיע לבגרות מסחרית בתוך העשור.

שילוב עם Post-Processing and Automation

לייצור זרלין, תאי EBM משולבים עם הסרת אבקה רובוטית, פרונות טיפול חום ומרכזי מאצ'ינג. מפעלים אוטומטיים מלאים עבור שתלים אורתודואידים כבר קיימים, שבו חלקים נעים ממכונת EBM לעומס חם וסוף סופי ללא התערבות אנושית.מגמה זו כלפי התעשייה 4.0 תקטין עלויות עבודה ויאץ דרך ספוט.

מסקנה

אלקטרון באם מלטינג הוכיח את עצמו כשיטת ייצור רבת עוצמה ורב-תכליתית ליישומים מתכתיים תובעניים.סביבת הריק שלה, מהירויות בנייה גבוהות ויכולת לעבד ⁇ תגובתיות לתת לו יתרון מובהק על מערכות מבוססות לייזר בתעשיות כגון אווירוקל ושתלים רפואיים. בעוד מגבלות כמו מעבר עלות פני השטח והון נותרו, חידושים מתמשכים במכונות גדולות יותר, בקרה, ויכולות רב-חומריות מרחיבות את הערך הדיגיטלי שלה כמו גם עבור מרכזי של חברות ייצור דיגיטליות, כמו פונקציות ייצור גבוהות יותר, כמו גם כן, המשך של חברות ייצור.

(ב) לאלו המעוניינים בתובנות טכניות עמוקות יותר, סעיף וויקיפדיה על ייצור התוסף האלקטרונים (FLT:2a:0) מספק סקירה מקיפה, ואילו FLT:2aסקירה עדכנית בכתב העת FLT 3MaterialsscioFLT:4cioFLT:5 מכסה את המחקר האחרון על ניטור ותפקוד מכני.