3D Printing Titanium Services - EBM

Elektronstrålesmeltning (EBM) driver væksten af additiv fremstilling med dens evne til effektivt at fremstille præcision, højstyrke titanium dele.

Elektronstrålesmeltning til brugerdefinerede titaniumdele

Elektronstrålesmeltning (EBM) er en del af pulverbedfusionsfamilien. I modsætning til direkte metallasersintring (DMLS) bruger den en elektronstråle til at smelte titaniumpulver og skabe den ønskede del lag for lag. Wstitanium investerede i en elektronstrålesmeltende 3D-printmaskine i 2018 og begyndte at levere denne service. EBM teknologi er i stand til at skabe titanium dele med komplekse og højstyrke strukturer. Som navnet antyder, er hovedforskellen mellem elektronstrålesmeltning og direkte metallasersintringsteknologi den anvendte varmekilde. Her bruger EBM-teknologien en elektronstråle genereret af en elektronkanon. Sidstnævnte udvinder elektroner fra en wolframfilament under vakuum og projicerer dem på en accelereret måde på metalpulverlaget, der er afsat på 3D-printerens byggeplade. Disse elektroner vil derefter være i stand til selektivt at smelte pulveret og producere delen. Sammenlignet med laserpulverbedfusion er EBM en mere energikrævende additiv fremstillingsmetode, der kan øge produktiviteten og bedre kontrollere virkningerne af termisk stress under 3D-udskrivning af metal.

Hvordan virker smeltning af elektronstråle?

Alt starter med 3D-modellering af den titanium-del, du skal lave. Du kan modellere det manuelt ved hjælp af CAD-software eller erhverve det gennem 3D-scanning eller downloade en model efter eget valg. 3D-modellen sendes derefter til udskæringssoftwaren, som opskærer den i overensstemmelse med de på hinanden følgende fysiske lag af aflejret materiale. Sliceren sender derefter alle disse oplysninger direkte til 3D-printeren, som derefter kan begynde sin fremstillingsproces. Titaniumpulver kan fyldes i en tank inde i maskinen. Det vil blive aflejret i tynde lag, forvarmet, før det smeltes af elektronstrålen. Især giver dette trin mere støtte til de overhængende områder af den 3D-printede del.

Trin 1: Byggeplatformen sikrer, at den er ren og fri for forurenende stoffer, derefter spredes et tyndt lag titaniumpulver jævnt på overfladen. Elektronstrålen "aktiveres", og opvarmer byggeplatformen til en høj temperatur. For eksempel kræver titanium 600–700°C.

Trin 2: Lag-for-lag pulversmeltning er processen med at sprede et nyt lag pulver, efter at det forrige lag pulver er smeltet, og elektronstrålen smelter selektivt pulveret i henhold til den digitale model, hvilket sikrer nøjagtig konstruktion lag for lag. Pulveret smelter kun, hvor det er nødvendigt for at opbygge den sidste dels geometri.

Trin 3: Elektromagnetiske linser og afbøjningsspoler styrer præcist elektronstrålens position og fokus for at sikre præcis smeltning.

Trin 4: Sprednings-, opvarmnings- og sammensmeltningstrinene gentages igen og igen, indtil delen er dannet. Den endelige opbygning ligner en halvfast blok eller pulverkage. Blokken vil indeholde alt det forvarmede pulver, uanset om det er smeltet eller ej. Delen fjernes og pulveriseres.

Trin 5: Procesovervågning og kvalitetskontrol involverer brug af sensorer og kameraer til at overvåge smelteprocessen i realtid, mens systemet sporer byggeparametrene og justerer processen for at sikre output af høj kvalitet.

Efterbehandlingstjenester

Efter fremstillingsprocessen er afsluttet, maskinmesteren fjerner titanium delen fra maskinen og sprøjter det usmeltede pulver med en luftpistol eller børste. Bagefter kan printstøtterne fjernes og delen adskilles fra printplatformen. Eftertrykstrin kan omfatte bearbejdning af overflader i kontakt med andre dele, polering osv. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt at opvarme delen i en ovn i flere timer for at frigøre spændinger skabt under fremstillingsprocessen.

Bemærk at al fremstilling skal ske under vakuum for at elektronstrålen kan fungere korrekt. Dette forhindrer også pulveret i at oxidere, når det opvarmes. Ved afslutningen af produktionsprocessen kan en stor del af det usmeltede pulver genbruges næsten direkte. Det er let at forstå interessen for dette for producenter, især inden for rumfartsområdet, hvor normalt kun 20% af det indkøbte materiale faktisk bruges til at producere den sidste del, og resten fjernes ved CNC-bearbejdning.

Metalmaterialer tilladt af EBM

Da EBM er baseret på princippet om elektriske ladninger, skal det anvendte materiale være elektrisk ledende. Hvis materialet ikke har ledende egenskaber, vil der ikke være nogen vekselvirkning mellem elektronstrålen og pulveret. Derfor er det teknisk umuligt at fremstille polymer- eller keramiske dele med en elektronstråle, kun metaller kan bruges. Nogle almindelige materialer omfatter:

Fordele ved EBM

Titanium dele lavet med EBM har fremragende fysiske egenskaber og er stærke og tætte. En vigtig fordel ved elektronstråleteknologi er udskrivningshastigheden – den kan opvarme og udskrive pulver flere steder på samme tid. Den højenergiske elektronstråle forvarmer også pulveret før det smelter for at hjælpe med at fremskynde processen. Og urenheder elimineres under den højintensive elektronstrålesmelteproces.

Høj deltæthed
Udskriver hurtigere end DMLS
Fremragende mekaniske egenskaber
Minimerer behovet for varmebehandling
Ubrugt pulver er 95-98% genanvendeligt
Kræver færre understøttelser end DMLS

Ulemper ved EBM

EBM titanium dele har en ru overflade, kan kræve yderligere overfladebehandling og er ikke så præcise som andre 3D print teknologier.

Anvendelse af EBM Titanium Parts

Fordi EBM 3D-printere og pulvere er dyre, er denne teknologi endnu ikke blevet brugt til storskalaproduktion. Typisk bruges det til at lave små serier af dele med komplekse strukturer. Som du ville forvente af en teknologi, der bruges til at fremstille højstyrke titaniumdele, bruges den på mange områder. EBM har fundet anvendelser inden for områder som medicin, luftfart og motorsport.

Luftfart

Elektronstrålesmeltning (EBM) kan skabe højstyrke, lette turbineblade med komplekse kølekanaler for forbedret ydeevne og effektivitet. EBM kan også gavne rumfarts strukturelle komponenter ved at skabe komplekse geometrier og give høj mekanisk styrke og derved forbedre flyets ydeevne og holdbarhed. Hemmeligheden bag vingernes succes er EBMs evne til at behandle varme og revnetilbøjelige materialer såsom titaniumaluminid (TiAl), som er 50 % lettere end de nikkellegeringer, som vingerne typisk er lavet af. En fuldt 3D-printet turbine kan reducere vægten af en motor med op til 20 %, hvilket svarer til et stort spring for luftfartsindustrien. Derudover kan den kraftige elektronstråle smelte tykkere lag end dens største konkurrent, laserpulverbedfusion, hvilket gør den til en hurtigere og mere effektiv mulighed for denne applikation. Jetmotorer udstyret med disse 3D-printede vinger inkluderer LEAP, GEnx, GE90 og GE90, som driver passagerfly som Boeing 777, Dreamliner og 747-8.

Medicin

Da medicinsk udstyr såsom ortopædiske implantater fortsætter med at stige i kompleksitet, muliggør EBM mere designfrihed, samtidig med at den opfylder den medicinske industris krav til overlegne mekaniske egenskaber. EBM brugerdefinerede design til specifikke patientapplikationer, der sikrer bedre pasform og integration. EBM's præcisionsfremstillingsevner muliggør også produktion af holdbare og biokompatible dentale restaureringer, hvilket forbedrer patientkomforten og levetiden i dentale applikationer. EBM kan også fremstille andre store ortopædiske implantater såsom lårbensknækomponenter, tibiale bakker, knæ- og rygmarvsbure og en række spinal truss-implantater.

Automotive

I bilindustrien bruges elektronstrålesmeltning (EBM) til at fremstille letvægtskomponenter såsom motordele og strukturelle elementer, hvorved brændstofeffektiviteten og køretøjets ydeevne forbedres. EBM understøtter også bilproducenter i prototyper og produktion af tilpassede dele, accelererer designgentagelser og reducerer time to market.Use cases omfatter spoler til varmebehandling af krumtapaksler, nav og spindler, drivlinjer, drejelejer og meget mere.

Industriel fremstilling

En af fordelene ved EBM frem for LPBF er dens evne til at skabe meget rene metaldele uden porøsitet eller oxidation. GH Induction, en producent af specialiseret udstyr og maskiner til industriel induktionsopvarmning, udnytter dette til at producere kobberspiraler med en renhed på 99.99%. Disse spoler fra 3D Inductor produktlinjemærket har en levetid på 400 % længere end deres traditionelle modparter, mens de nyder godt af designfriheden, som 3D-print giver.