3Dプリントチタンサービス - EBM
電子ビーム溶融(EBM)は、精密で高強度のチタン部品を効率的に製造できるため、積層造形の成長を促進しています。
- 生産グレードの材料プロトタイピング
- 任意の複雑な幾何学
- 厳しい公差 +/- 0.002”
- 組み立て工程の削減
- 機能最終用途部品
チタンワークショップ
当社の強力な施設
カスタムチタン部品の電子ビーム溶解
電子ビーム溶融法(EBM)は、粉末床溶融法の一種です。直接金属レーザー焼結法(DMLS)とは異なり、電子ビームを用いてチタン粉末を溶融し、層ごとに所望の部品を作製します。Wstitaniumは3年に電子ビーム溶融2018Dプリンターを導入し、このサービスの提供を開始しました。EBM技術は、複雑で高強度な構造を持つチタン部品を作製することができます。その名の通り、電子ビーム溶融法と直接金属レーザー焼結法の主な違いは、使用する熱源です。EBM技術では、電子銃によって生成された電子ビームを使用します。電子銃は、真空下でタングステンフィラメントから電子を抽出し、3Dプリンターのビルドプレート上に堆積された金属粉末層に加速照射します。これらの電子は粉末を選択的に溶融し、部品を作製します。レーザー粉末床溶融法と比較して、EBMはよりエネルギー集約的な積層造形方法であり、生産性を向上させ、金属3Dプリント中の熱応力の影響をより適切に制御できます。
電子ビーム溶解の仕組み
すべては、作成したいチタン部品の3Dモデリングから始まります。CADソフトウェアを使って手作業でモデリングすることも、3Dスキャンや好みのモデルをダウンロードして入手することもできます。3Dモデルはスライスソフトウェアに送信され、堆積された材料の連続した物理層に従ってスライスされます。スライサーはこれらの情報をすべて3Dプリンターに直接送信し、製造プロセスを開始します。チタン粉末はマシン内のタンクに装填できます。薄い層状に堆積され、予熱された後、電子ビームで溶融されます。特にこのステップは、3Dプリントされた部品の張り出し部分に強度を与えます。
ステップ 1ビルドプラットフォームは、まずクリーンで汚染物質のない状態に保ち、次にチタン粉末の薄い層を表面に均一に塗布します。電子ビームを「活性化」し、ビルドプラットフォームを高温まで加熱します。例えば、チタンの場合は600~700℃が必要です。
ステップ 2層状粉末溶融法は、前の粉末層が溶融した後に新しい粉末層を塗布するプロセスです。電子ビームはデジタルモデルに基づいて粉末を選択的に溶融するため、層ごとに正確な造形を実現します。粉末は、最終部品の形状を造形するために必要な部分のみを溶融します。
ステップ 3: 電磁レンズと偏向コイルが電子ビームの位置と焦点を正確に制御し、正確な溶解を実現します。
ステップ 4:部品が形成されるまで、塗布、加熱、融合の工程が何度も繰り返されます。最終的な造形物は半固体のブロック、または粉末ケーキのような外観になります。このブロックには、予熱された粉末がすべて含まれており、溶融しているかどうかは関係ありません。部品は取り出され、粉末が除去されます。
ステップ 5プロセス監視と品質管理では、センサーとカメラを使用して溶解プロセスをリアルタイムで監視し、システムがビルドパラメータを追跡してプロセスを調整し、高品質の出力を確保します。
後 製造工程が完了すると、機械工はチタン部品を機械から取り出し、エアガンまたはブラシで未溶融の粉末を吹き付けます。その後、プリントサポートを取り外し、部品をプリントプラットフォームから分離します。プリント後の工程には、他の部品と接触する表面の機械加工や研磨などが含まれます。場合によっては、製造工程中に生じた応力を解放するために、部品をオーブンで数時間加熱する必要があることもあります。
注意 電子ビームが正しく作動するためには、すべての製造工程を真空下で行わなければなりません。これにより、加熱時に粉末が酸化するのを防ぐこともできます。製造工程の最後に、溶融しなかった粉末の大部分はほぼそのまま再利用できます。これはメーカーにとって、特に航空宇宙分野にとって興味深いことです。航空宇宙分野では、通常、購入した材料の20%のみが最終部品の製造に使用され、残りはCNC加工によって除去されます。
EBMで許可されている金属材料
EBMは電荷の原理に基づいているため、使用する材料は導電性でなければなりません。材料が導電性を持たなければ、電子ビームと粉末の間に相互作用が生じません。したがって、電子ビームでポリマーやセラミック部品を製造することは技術的に不可能であり、金属のみが使用可能です。一般的な材料には以下が含まれます。
- 銅
- ニッケル合金
- ステンレス鋼
- コバルトクロム合金
- 工具鋼
- タングステンカーバイド
- チタンおよびチタン合金
- タンタルおよびチタンタンタル合金
EBMの利点
EBM法で製造されたチタン部品は、優れた物理的特性を備え、強度と密度に優れています。電子ビーム技術の大きな利点は、印刷速度です。複数の箇所で粉末を同時に加熱・印刷できるため、生産性が向上します。また、高エネルギー電子ビームは溶融前に粉末を予熱するため、プロセスの高速化にも役立ちます。さらに、高強度電子ビーム溶融プロセス中に不純物が除去されます。
- 高い部品密度
- DMLSよりも速く印刷
- 優れた機械的特性
- 熱処理の必要性を最小限に抑える
- 未使用の粉末は95~98%リサイクル可能
- DMLSよりもサポート数が少ない
EBMの欠点
EBM チタン部品は表面が粗く、追加の表面仕上げが必要な場合があり、他の 3D 印刷技術ほど精度が高くありません。
- 材料の選択が限られている
- 高価な機械と材料
- 後処理前の表面仕上げが悪い
- 印刷可能枚数に制限あり(最大直径350mm、高さ430mm)
EBMチタン部品の応用
EBM 3Dプリンターと粉末は高価であるため、この技術はまだ大規模生産には利用されていません。通常は、複雑な構造を持つ少量生産部品の製造に使用されます。高強度チタン部品の製造に使用される技術であることから、EBMは多くの分野で利用されています。EBMは、医療、航空、モータースポーツなどの分野で応用されています。
電子ビーム溶融(EBM)は、複雑な冷却チャネルを備えた高強度で軽量なタービンブレードを製造できるため、性能と効率が向上します。EBMはまた、複雑な形状を作成して高い機械的強度を提供することで航空宇宙構造部品にも役立ち、航空機の性能と耐久性を向上させます。ブレードの成功の秘密は、EBMがチタンアルミナイド(TiAl)などの高温で割れやすい材料を処理できる能力にあり、TiAlはブレードの一般的な製造材料であるニッケル合金よりも50%軽量です。完全に3Dプリントされたタービンは、エンジンを最大20%軽量化でき、航空業界にとって大きな飛躍となります。さらに、強力な電子ビームは、最大の競合であるレーザー粉末床溶融結合よりも厚い層を溶融できるため、この用途においてより高速で効率的なオプションとなります。これらの 3D プリントブレードを搭載したジェットエンジンには、LEAP、GEnx、GE90、GE90 などがあり、ボーイング 777、ドリームライナー、747-8 などの旅客機に搭載されています。
整形外科用インプラントなどの医療機器がますます複雑化する中、EBMは医療業界の優れた機械的特性に対する要件を満たしながら、設計の自由度を高めています。EBMは特定の患者様の用途に合わせてカスタム設計を行い、より優れたフィット感と統合性を実現します。また、EBMの精密製造能力は、耐久性と生体適合性に優れた歯科修復物の製造も可能にし、歯科用途における患者の快適性と寿命を向上させます。EBMは、大腿骨膝関節コンポーネント、脛骨トレイ、膝関節および脊椎ケージ、各種脊椎トラスインプラントなど、その他の大型整形外科用インプラントも製造可能です。
自動車業界では、電子ビーム溶融法(EBM)を用いてエンジン部品や構造部材などの軽量部品を製造し、燃費と車両性能を向上させています。また、EBMは自動車メーカーのカスタム部品の試作・製造をサポートし、設計の反復作業を加速させ、市場投入までの時間を短縮します。クランクシャフト、ハブ、スピンドル、ドライブトレイン、旋回ベアリングなどの熱処理用コイルの用途も広がります。
工業生産
LPBFに対するEBMの利点の一つは、気孔や酸化のない非常に純度の高い金属部品を製造できることです。産業用誘導加熱用の特殊機器・機械メーカーであるGH Inductionは、この利点を活かして純度99.99%の銅コイルを製造しています。3D Inductor製品ラインブランドのこれらのコイルは、従来のコイルに比べて耐用年数が400%長く、3Dプリントによる設計自由度の恩恵も受けています。