3D tisk Titanium Services - EBM

Tavení elektronovým svazkem (EBM) je hnacím motorem růstu aditivní výroby díky své schopnosti efektivně vyrábět přesné, vysoce pevné titanové díly.

Tavení elektronovým paprskem pro zakázkové titanové díly

Tavení elektronovým svazkem (EBM) je součástí rodiny fúzí práškového lože. Na rozdíl od přímého laserového slinování kovů (DMLS) využívá elektronový paprsek k roztavení titanového prášku a vytvoření požadovaného dílu vrstvu po vrstvě. Společnost Wstitanium v roce 3 investovala do 2018D tiskového stroje pro tavení elektronovým paprskem a začala tuto službu poskytovat. Technologie EBM je schopna vytvářet titanové díly se složitými a vysoce pevnými strukturami. Jak název napovídá, hlavním rozdílem mezi tavením elektronovým paprskem a technologií přímého laserového spékání kovu je použitý zdroj tepla. Technologie EBM zde využívá elektronový paprsek generovaný elektronovým dělem. Ten extrahuje elektrony z wolframového vlákna ve vakuu a promítá je zrychleným způsobem na vrstvu kovového prášku nanesenou na konstrukční desku 3D tiskárny. Tyto elektrony pak budou schopny selektivně roztavit prášek a vyrobit součást. Ve srovnání s laserovou práškovou fúzí je EBM energeticky náročnější aditivní výrobní metoda, která může zvýšit produktivitu a lépe kontrolovat účinky tepelného namáhání během kovového 3D tisku.

Jak tavení elektronovým paprskem funguje?

Vše začíná 3D modelováním titanové součásti, kterou potřebujete vytvořit. Můžete jej modelovat ručně pomocí softwaru CAD nebo jej získat prostřednictvím 3D skenování nebo stažením vámi vybraného modelu. 3D model je poté odeslán do řezacího softwaru, který jej rozřeže podle postupných fyzických vrstev uloženého materiálu. Slicer pak všechny tyto informace odešle přímo do 3D tiskárny, která pak může zahájit svůj výrobní proces. Titanový prášek lze naplnit do nádrže uvnitř stroje. Bude nanášen v tenkých vrstvách, předehřátý před roztavením elektronovým paprskem. Tento krok poskytuje zejména větší podporu pro přesahující oblasti 3D tištěného dílu.

Krok 1: Konstrukční platforma zajišťuje, že je čistá a bez kontaminantů, poté je na povrchu rovnoměrně rozprostřena tenká vrstva titanového prášku. Elektronový paprsek je „aktivován“ a ohřívá stavební platformu na vysokou teplotu. Například titan vyžaduje 600–700 °C.

Krok 2: Tavení prášku vrstva po vrstvě je proces nanášení nové vrstvy prášku po roztavení předchozí vrstvy prášku a elektronový paprsek selektivně roztaví prášek podle digitálního modelu, což zajišťuje přesnou konstrukci vrstvu po vrstvě. Prášek se roztaví pouze tam, kde je potřeba pro vytvoření geometrie finálního dílu.

Krok 3: Elektromagnetické čočky a vychylovací cívky přesně řídí polohu a zaostření elektronového paprsku, aby bylo zajištěno přesné tavení.

Krok 4: Kroky nanášení, zahřívání a tavení se opakují znovu a znovu, dokud není díl vytvořen. Konečná stavba vypadá jako polotuhý blok nebo práškový koláč. Blok bude obsahovat veškerý předehřátý prášek, ať už je roztavený nebo ne. Část se odstraní a zbaví prášku.

Krok 5: Monitorování procesu a kontrola kvality zahrnuje použití senzorů a kamer ke sledování procesu tavení v reálném čase, zatímco systém sleduje parametry sestavení a upravuje proces tak, aby byl zajištěn vysoce kvalitní výstup.

Dokončovací služby

Po výrobní proces je dokončen, strojník vyjme titanový díl ze stroje a neroztavený prášek nastříká vzduchovou pistolí nebo štětcem. Poté mohou být tiskové podpěry odstraněny a část oddělena od tiskové platformy. Kroky po tisku mohou zahrnovat opracování povrchů, které jsou v kontaktu s jinými součástmi, leštění atd. V některých případech může být nutné součást zahřát v peci po dobu několika hodin, aby se uvolnilo napětí vzniklé během výrobního procesu.

Pozor že veškerá výroba musí být provedena ve vakuu, aby elektronový paprsek fungoval správně. To také zabraňuje oxidaci prášku při zahřívání. Na konci výrobního procesu lze velkou část neroztaveného prášku téměř přímo znovu použít. Je snadné pochopit, jaký je o to zájem výrobců, zejména v oblasti letectví a kosmonautiky, kde se obvykle pouze 20 % nakupovaného materiálu skutečně spotřebuje na výrobu finálního dílu a zbytek se odstraní CNC obráběním.

Kovové materiály povolené EBM

Protože EBM je založeno na principu elektrických nábojů, musí být použitý materiál elektricky vodivý. Pokud materiál nemá vodivé vlastnosti, nedojde k interakci mezi elektronovým paprskem a práškem. Proto je technicky nemožné vyrobit polymerové nebo keramické díly elektronovým paprskem, lze použít pouze kovy. Některé běžné materiály zahrnují:

Výhody EBM

Titanové díly vyrobené pomocí EBM mají vynikající fyzikální vlastnosti a jsou pevné a husté. Klíčovou výhodou technologie elektronového paprsku je rychlost tisku – může zahřívat a tisknout prášek na několika místech současně. Vysokoenergetický elektronový paprsek také předehřívá prášek před roztavením, aby pomohl urychlit proces. A nečistoty jsou eliminovány během procesu tavení vysokointenzivním elektronovým paprskem.

Vysoká hustota dílů
Tiskne rychleji než DMLS
Vynikající mechanické vlastnosti
Minimalizuje potřebu tepelného zpracování
Nepoužitý prášek je z 95-98 % recyklovatelný
Vyžaduje méně podpory než DMLS

Nevýhody EBM

Titanové díly EBM mají drsný povrch, mohou vyžadovat další povrchovou úpravu a nejsou tak přesné jako jiné technologie 3D tisku.

Aplikace titanových dílů EBM

Vzhledem k tomu, že EBM 3D tiskárny a prášky jsou drahé, nebyla tato technologie dosud použita pro velkosériovou výrobu. Obvykle se používá k výrobě malých sérií dílů se složitou strukturou. Jak byste očekávali od technologie používané k výrobě vysoce pevných titanových dílů, používá se v mnoha oblastech. EBM našel uplatnění v oblastech, jako je medicína, letectví a motorsport.

Aerospace

Tavení elektronovým paprskem (EBM) může vytvořit vysoce pevné, lehké lopatky turbíny se složitými chladicími kanály pro lepší výkon a účinnost. EBM může také těžit z leteckých konstrukčních součástí tím, že vytváří složité geometrie a poskytuje vysokou mechanickou pevnost, čímž zlepšuje výkon a životnost letadla. Tajemstvím úspěchu čepelí je schopnost EBM zpracovávat horké materiály náchylné k praskání, jako je aluminid titanu (TiAl), který je o 50 % lehčí než slitiny niklu, ze kterých se čepele obvykle vyrábějí. Plně 3D vytištěná turbína může snížit hmotnost motoru až o 20 %, což představuje obrovský skok pro letecký průmysl. Výkonný elektronový paprsek navíc dokáže roztavit silnější vrstvy než jeho největší konkurent, laserová prášková fúze, což z něj činí rychlejší a efektivnější volbu pro tuto aplikaci. Proudové motory vybavené těmito 3D tištěnými lopatkami zahrnují LEAP, GEnx, GE90 a GE90, které pohánějí osobní letadla, jako jsou Boeing 777, Dreamliner a 747-8.

Zdravotnictví

Vzhledem k tomu, že zdravotnická zařízení, jako jsou ortopedické implantáty, stále narůstají ve složitosti, EBM umožňuje větší svobodu návrhu a zároveň splňuje požadavky lékařského průmyslu na vynikající mechanické vlastnosti. Vlastní návrhy EBM pro konkrétní pacientské aplikace zajišťující lepší přizpůsobení a integraci. Přesné výrobní schopnosti společnosti EBM také umožňují výrobu odolných a biokompatibilních zubních náhrad, což zlepšuje pohodlí pacienta a životnost v dentálních aplikacích. EBM může také vyrábět další velké ortopedické implantáty, jako jsou stehenní kolenní komponenty, tibiální misky, kolenní a páteřní klece a řadu implantátů páteřního vazníku.

Automobilový průmysl

V automobilovém průmyslu se tavení elektronovým paprskem (EBM) používá k výrobě lehkých součástí, jako jsou součásti motoru a konstrukční prvky, čímž se zlepšuje spotřeba paliva a výkon vozidla. EBM také podporuje výrobce automobilů při prototypování a výrobě přizpůsobených dílů, urychluje iterace návrhu a zkracuje dobu uvedení na trh. Příklady použití zahrnují cívky pro tepelné zpracování klikových hřídelí, nábojů a vřeten, hnacích ústrojí, otočných ložisek a další.

Průmyslová výroba

Jednou z výhod EBM oproti LPBF je jeho schopnost vytvářet velmi čisté kovové díly, bez poréznosti nebo oxidace. GH Induction, výrobce specializovaného vybavení a strojů pro průmyslový indukční ohřev, toho využívá k výrobě měděných cívek s čistotou 99.99 %. Tyto cívky z produktové řady 3D Inductor mají životnost o 400 % delší než jejich tradiční protějšky, přičemž těží z konstrukční svobody, kterou poskytuje 3D tisk.