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 fúziós termékcsalád része. Ellentétben a közvetlen fémlézeres szintereléssel (DMLS), elektronsugarat használ a titánpor olvasztására, és rétegről rétegre létrehozva a kívánt alkatrészt. A Wstitanium 3-ban beruházott egy elektronsugaras olvasztó 2018D nyomtatógépbe, és megkezdte ezt a szolgáltatást. Az EBM technológia összetett és nagy szilárdságú szerkezetű titán alkatrészeket képes létrehozni. Ahogy a neve is sugallja, a fő különbség az elektronsugaras olvasztás és a közvetlen fémlézeres szinterezési technológia között az alkalmazott hőforrás. Itt az EBM technológia egy elektronágyú által generált elektronsugarat használ. Ez utóbbi vákuum alatt vonja ki az elektronokat egy wolframszálból, és gyorsított módon vetíti a 3D nyomtató építőlemezére lerakódott fémporrétegre. Ezek az elektronok azután képesek lesznek szelektíven megolvasztani a port, előállítva az alkatrészt. A lézeres porágyas fúzióhoz képest az EBM egy energiaigényesebb adalékos gyártási módszer, amely növelheti a termelékenységet és jobban szabályozhatja a fém 3D-nyomtatása során fellépő hőterhelés hatásait.

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.