3D nyomtatási titán szolgáltatások – EBM

Az elektronsugaras olvasztás (EBM) a precíziós, nagy szilárdságú titán alkatrészek hatékony gyártásának képességével az additív gyártás növekedését ösztönzi.

Gyártási minőségű anyagok prototípus készítése
Önkényes összetett geometriák
Szűk tűrések +/- 0.002”
Csökkentse az összeszerelési lépéseket
Funkcionális végfelhasználói alkatrészek

Elektronsugaras olvasztás egyedi titán alkatrészekhez

Az elektronsugaras olvasztás (EBM) a porágyas olvasztásos eljárások családjába tartozik. A közvetlen fémlézeres szinterezéssel (DMLS) ellentétben elektronsugarat használ a titánpor megolvasztására és a kívánt alkatrész rétegről rétegre történő előállítására. Wstitanium 2018-ban befektetett egy elektronsugaras olvasztásos 3D nyomtatógépbe, és elkezdte nyújtani ezt a szolgáltatást. Az EBM technológia képes komplex és nagy szilárdságú szerkezetű titán alkatrészeket létrehozni. Ahogy a neve is sugallja, az elektronsugaras olvasztás és a közvetlen fémlézeres szinterezési technológia közötti fő különbség a használt hőforrás. Itt az EBM technológia egy elektronágyú által generált elektronsugarat használ. Ez utóbbi vákuum alatt egy volfrámszálból von ki elektronokat, és gyorsított módon vetíti azokat a 3D nyomtató építőlapjára lerakódott fémpor rétegre. Ezek az elektronok ezután képesek lesznek szelektíven megolvasztani a port, létrehozva az alkatrészt. A lézeres porágyas olvasztáshoz képest az EBM egy energiaigényesebb additív gyártási módszer, amely növelheti a termelékenységet és jobban szabályozhatja a hőfeszültség hatásait a fém 3D nyomtatása során.

Hogyan működik az elektronsugaras olvasztás?

Minden a létrehozandó titán alkatrész 3D-s modellezésével kezdődik. Lemodellezheti manuálisan CAD szoftverrel, vagy beszerezheti 3D szkenneléssel vagy egy tetszőleges modell letöltésével. A 3D-s modell ezután elküldésre kerül a szeletelő szoftvernek, amely a lerakott anyag egymást követő fizikai rétegeinek megfelelően felszeleteli. A szeletelő ezután mindezt az információt közvetlenül a 3D nyomtatónak küldi, amely ezután megkezdheti a gyártási folyamatát. A titánpor a gép belsejében lévő tartályba tölthető. Vékony rétegekben rakódik le, előmelegítve, mielőtt az elektronsugár megolvasztaná. Ez a lépés különösen a 3D nyomtatott rész túlnyúló területeit támogatja.

1 lépés: Az építőplatform gondoskodik arról, hogy tiszta és szennyeződésektől mentes legyen, majd vékony réteg titánpor egyenletesen eloszlik a felületen. Az elektronsugár „aktiválódik”, magas hőmérsékletre melegíti fel a platformot. Például a titán 600-700 °C-ot igényel.

2 lépés: A rétegenkénti porolvasztás az a folyamat, amikor az előző porréteg megolvadása után egy új porréteget terítenek fel, és az elektronsugár szelektíven olvasztja a port a digitális modell szerint, így biztosítva a rétegenkénti pontos felépítést. A por csak ott olvad meg, ahol az utolsó rész geometriájának felépítéséhez szükséges.

3 lépés: Az elektromágneses lencsék és az eltérítő tekercsek pontosan szabályozzák az elektronsugár helyzetét és fókuszát a pontos olvasztás érdekében.

4 lépés: A szétterítés, a melegítés és a hevítés lépéseit újra és újra megismételjük, amíg az alkatrész meg nem alakul. A végső összeállítás úgy néz ki, mint egy félig szilárd tömb vagy porpogácsa. A blokk az összes előmelegített port tartalmazni fogja, akár megolvadt, akár nem. Az alkatrészt eltávolítjuk és pormentesítjük.

5 lépés: A folyamatfigyelés és a minőség-ellenőrzés érzékelők és kamerák használatával valós időben figyeli az olvasztási folyamatot, miközben a rendszer nyomon követi az építési paramétereket, és beállítja a folyamatot a kiváló minőségű kimenet biztosítása érdekében.

Befejező szolgáltatások

Után a gyártási folyamat befejeződött, a gépész eltávolítja a titán alkatrészt a gépről, és a fel nem olvadt port egy légpisztollyal vagy ecsettel szórja be. Ezt követően a nyomtatótámaszok eltávolíthatók, és az alkatrész leválasztható a nyomtatási platformról. Az utónyomtatási lépések magukban foglalhatják a más részekkel érintkező felületek megmunkálását, polírozását stb. Egyes esetekben szükség lehet az alkatrész kemencében való több órán át tartó melegítésére a gyártási folyamat során keletkező feszültségek feloldása érdekében.

Megjegyzések hogy minden gyártást vákuum alatt kell végezni az elektronsugár megfelelő működéséhez. Ez azt is megakadályozza, hogy a por hevítés közben oxidálódjon. A gyártási folyamat végén a fel nem olvadt por nagy része szinte közvetlenül újra felhasználható. Könnyen érthető ennek a gyártók érdeke, különösen az űrhajózás területén, ahol általában a vásárolt anyagnak csak 20%-át használják fel ténylegesen a végső alkatrész előállításához, a többit pedig CNC megmunkálással távolítják el.

Az EBM által engedélyezett fémanyagok

Mivel az EBM az elektromos töltések elvén alapul, a felhasznált anyagnak elektromosan vezetőképesnek kell lennie. Ha az anyag nem rendelkezik vezető tulajdonságokkal, akkor nem lesz kölcsönhatás az elektronsugár és a por között. Emiatt technikailag lehetetlen polimer vagy kerámia alkatrészeket elektronsugárral gyártani, csak fémek használhatók. Néhány gyakori anyag:

Az EBM előnyei

Az EBM-mel készült titán alkatrészek kiváló fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, erősek és sűrűek. Az elektronsugaras technológia legfontosabb előnye a nyomtatási sebesség – egyszerre több helyen is képes felmelegíteni és nyomtatni port. A nagy energiájú elektronsugár előmelegíti a port, mielőtt megolvadna, hogy felgyorsítsa a folyamatot. A szennyeződéseket pedig a nagy intenzitású elektronsugaras olvasztási folyamat során eltávolítják.

Nagy részsűrűség
Gyorsabban nyomtat, mint a DMLS
Kiváló mechanikai tulajdonságok
Minimálisra csökkenti a hőkezelés szükségességét
A fel nem használt por 95-98%-ban újrahasznosítható
Kevesebb támogatást igényel, mint a DMLS

Az EBM hátrányai

Az EBM titán alkatrészek durva felülettel rendelkeznek, további felületkezelést igényelhetnek, és nem olyan pontosak, mint a többi 3D nyomtatási technológia.

EBM titán alkatrészek alkalmazása

Mivel az EBM 3D nyomtatók és porok drágák, ezt a technológiát még nem használták nagyüzemi gyártáshoz. Jellemzően bonyolult szerkezetű, kis sorozatú alkatrészek készítésére használják. Ahogy az elvárható a nagy szilárdságú titán alkatrészek gyártására használt technológiától, számos területen használják. Az EBM olyan területeken talált alkalmazásokat, mint az orvostudomány, a repülés és a motorsport.

légtér

Az elektronsugaras olvasztás (EBM) nagy szilárdságú, könnyű turbinalapátokat hozhat létre összetett hűtőcsatornákkal a jobb teljesítmény és hatékonyság érdekében. Az EBM az űrrepülőgép szerkezeti elemei számára is előnyös lehet azáltal, hogy összetett geometriákat hoz létre és nagy mechanikai szilárdságot biztosít, ezáltal javítva a repülőgépek teljesítményét és tartósságát. A pengék sikerének titka az EBM azon képessége, hogy képes forró és repedésre hajlamos anyagokat, például titán-aluminidot (TiAl) feldolgozni, amely 50%-kal könnyebb, mint a nikkelötvözetek, amelyekből a pengék általában készülnek. Egy teljesen 3D-nyomtatott turbina akár 20%-kal is csökkentheti a motor tömegét, ami óriási ugrás a repülési ipar számára. Ezenkívül az erős elektronsugár vastagabb rétegeket is képes megolvasztani, mint legnagyobb versenytársa, a lézerporágyas fúzió, így gyorsabb és hatékonyabb megoldás ebben az alkalmazásban. A 3D-nyomtatott lapátokkal felszerelt sugárhajtóművek közé tartozik a LEAP, a GEnx, a GE90 és a GE90, amelyek olyan utasszállító repülőgépeket hajtanak végre, mint a Boeing 777, a Dreamliner és a 747-8.

orvosi

Mivel az orvosi eszközök, például az ortopédiai implantátumok egyre bonyolultabbá válnak, az EBM nagyobb tervezési szabadságot tesz lehetővé, miközben megfelel az orvosi iparnak a kiváló mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeinek. Egyedi EBM-tervek speciális betegalkalmazásokhoz, amelyek jobb illeszkedést és integrációt biztosítanak. Az EBM precíziós gyártási képességei tartós és biokompatibilis fogpótlások készítését is lehetővé teszik, javítva a páciens kényelmét és a fogászati alkalmazásokban a hosszú élettartamot. Az EBM más nagy ortopédiai implantátumokat is tud gyártani, például combcsont térd-alkatrészeket, sípcsonttálcákat, térd- és gerincketreceket, valamint számos gerincrács-implantátumot.

Autóipari

Az autóiparban az elektronsugaras olvasztást (EBM) könnyű alkatrészek, például motoralkatrészek és szerkezeti elemek gyártására használják, ezáltal javítva az üzemanyag-hatékonyságot és a jármű teljesítményét. Az EBM emellett támogatja az autógyártókat a prototípus-készítésben és a testreszabott alkatrészek gyártásában, felgyorsítja a tervezési iterációkat és csökkenti a piacra kerülés idejét. A felhasználási esetek közé tartoznak a főtengelyek, agyak és orsók, hajtásláncok, forgócsapágyak és egyebek hőkezelésére szolgáló tekercsek.

ipari gyártás

Az EBM egyik előnye az LPBF-fel szemben, hogy nagyon tiszta fém alkatrészeket tud készíteni porozitás vagy oxidáció nélkül. Az ipari indukciós fűtéshez speciális berendezéseket és gépeket gyártó GH Induction ezt kihasználva 99.99%-os tisztaságú réztekercseket állít elő. A 3D Inductor termékcsalád ezen tekercseinek élettartama 400%-kal hosszabb, mint hagyományos társaik, miközben élvezik a 3D nyomtatás nyújtotta tervezési szabadságot.