3D-printing av titantjenester - EBM

Elektronstrålesmelting (EBM) driver veksten innen additiv produksjon med sin evne til effektivt å produsere presisjons-titanker med høy styrke.

Elektronstrålesmelting for tilpassede titandeler

Elektronstrålesmelting (EBM) er en del av pulverbedfusjonsfamilien. I motsetning til direkte metalllasersintring (DMLS) bruker den en elektronstråle til å smelte titanpulver og lage den ønskede delen lag for lag. Wstitanium investerte i en 3D-printer for elektronstrålesmelting i 2018 og begynte å tilby denne tjenesten. EBM-teknologi er i stand til å lage titandeler med komplekse og høyfaste strukturer. Som navnet antyder, er hovedforskjellen mellom elektronstrålesmelting og direkte metalllasersintringsteknologi varmekilden som brukes. Her bruker EBM-teknologi en elektronstråle generert av en elektronkanon. Sistnevnte trekker ut elektroner fra et wolframfilament under vakuum og projiserer dem på en akselerert måte på metallpulverlaget som er avsatt på 3D-printerens byggeplate. Disse elektronene vil deretter kunne selektivt smelte pulveret og produsere delen. Sammenlignet med laserpulverfusjon er EBM en mer energikrevende additiv produksjonsmetode som kan øke produktiviteten og bedre kontrollere effektene av termisk stress under 3D-metallprinting.

Hvordan fungerer elektronstrålesmelting?

Alt starter med 3D-modellering av titandelen du må lage. Du kan modellere den manuelt ved hjelp av CAD-programvare, eller skaffe den gjennom 3D-skanning eller nedlasting av en modell du selv velger. 3D-modellen sendes deretter til skjæreprogramvaren, som vil skjære den i henhold til de påfølgende fysiske lagene av avsatt materiale. Skjæreren sender deretter all denne informasjonen direkte til 3D-printeren, som deretter kan starte produksjonsprosessen. Titanpulver kan lastes inn i en tank inne i maskinen. Det vil bli avsatt i tynne lag, forvarmet før det smeltes av elektronstrålen. Spesielt gir dette trinnet mer støtte for de overhengende områdene på den 3D-printede delen.

Trinn 1Byggeplattformen sørger for at den er ren og fri for forurensninger, deretter fordeles et tynt lag med titanpulver jevnt på overflaten. Elektronstrålen «aktiveres» og varmer opp byggeplattformen til en høy temperatur. Titan krever for eksempel 600–700 °C.

Trinn 2Lag-for-lag pulversmelting er prosessen med å spre et nytt lag med pulver etter at det forrige pulverlaget har smeltet, og elektronstrålen smelter selektivt pulveret i henhold til den digitale modellen, noe som sikrer nøyaktig konstruksjon lag for lag. Pulveret smelter bare der det er nødvendig for å bygge geometrien til den endelige delen.

Trinn 3Elektromagnetiske linser og avbøyningsspoler kontrollerer presist elektronstrålens posisjon og fokus for å sikre presis smelting.

Trinn 4Sprednings-, oppvarmings- og smeltetrinnene gjentas om og om igjen til delen er formet. Den endelige konstruksjonen ser ut som en halvfast blokk eller pulverkake. Blokken vil inneholde alt det forvarmede pulveret, enten det er smeltet eller ikke. Delen fjernes og pulveriseres.

Trinn 5Prosessovervåking og kvalitetskontroll innebærer bruk av sensorer og kameraer for å overvåke smelteprosessen i sanntid, mens systemet sporer byggeparametrene og justerer prosessen for å sikre resultater av høy kvalitet.

Etterbehandlingstjenester

Etter Når produksjonsprosessen er fullført, fjerner maskinisten titandelen fra maskinen og sprayer det usmeltede pulveret med en luftpistol eller børste. Etterpå kan utskriftsstøttene fjernes og delen separeres fra utskriftsplattformen. Ettertrykkstrinnene kan omfatte maskinering av overflater i kontakt med andre deler, polering osv. I noen tilfeller kan det være nødvendig å varme opp delen i en ovn i flere timer for å frigjøre spenninger som oppstår under produksjonsprosessen.

Merknader at all produksjon må gjøres under vakuum for at elektronstrålen skal fungere riktig. Dette forhindrer også at pulveret oksiderer ved oppvarming. På slutten av produksjonsprosessen kan en stor del av det usmeltede pulveret gjenbrukes nesten direkte. Det er lett å forstå interessen for dette for produsenter, spesielt innen luftfart, hvor vanligvis bare 20 % av det innkjøpte materialet faktisk brukes til å produsere den endelige delen, og resten fjernes ved CNC-maskinering.

Metallmaterialer tillatt av EBM

Siden EBM er basert på prinsippet om elektriske ladninger, må materialet som brukes være elektrisk ledende. Hvis materialet ikke har ledende egenskaper, vil det ikke være noen interaksjon mellom elektronstrålen og pulveret. Derfor er det teknisk umulig å produsere polymer- eller keramiske deler med en elektronstråle, kun metaller kan brukes. Noen vanlige materialer inkluderer:

Fordeler med EBM

Titandeler laget med EBM har utmerkede fysiske egenskaper og er sterke og tette. En viktig fordel med elektronstråleteknologi er utskriftshastighet – den kan varme opp og skrive ut pulver på flere steder samtidig. Den høyenergiske elektronstrålen forvarmer også pulveret før smelting for å bidra til å fremskynde prosessen. Og urenheter elimineres under den høyintensitets elektronstrålesmelteprosessen.

Høy deltetthet
Skriver ut raskere enn DMLS
Utmerkede mekaniske egenskaper
Minimerer behovet for varmebehandling
Ubrukt pulver er 95–98 % resirkulerbart
Krever færre støtter enn DMLS

Ulemper med EBM

EBM-titandeler har en ru overflate, kan kreve ytterligere overflatebehandling og er ikke like presise som andre 3D-printingsteknologier.

Påføring av EBM titandeler

Fordi EBM 3D-printere og -pulver er dyre, har denne teknologien ennå ikke blitt brukt til storskalaproduksjon. Vanligvis brukes den til å lage små serier av deler med komplekse strukturer. Som man ville forvente av en teknologi som brukes til å lage høyfaste titandeler, brukes den på mange felt. EBM har funnet anvendelser innen felt som medisin, luftfart og motorsport.

Aerospace

Elektronstrålesmelting (EBM) kan lage turbinblader med høy styrke og letthet, med komplekse kjølekanaler for forbedret ytelse og effektivitet. EBM kan også være til fordel for strukturelle komponenter i luftfart ved å skape komplekse geometrier og gi høy mekanisk styrke, og dermed forbedre flyets ytelse og holdbarhet. Hemmeligheten bak bladenes suksess er EBMs evne til å behandle varme og sprekkutsatte materialer som titanaluminid (TiAl), som er 50 % lettere enn nikkellegeringene som bladene vanligvis er laget av. En fullstendig 3D-printet turbin kan redusere vekten på en motor med opptil 20 %, noe som utgjør et stort sprang for luftfartsindustrien. I tillegg kan den kraftige elektronstrålen smelte tykkere lag enn sin største konkurrent, laserpulverfusjon, noe som gjør den til et raskere og mer effektivt alternativ for denne applikasjonen. Jetmotorer utstyrt med disse 3D-printede bladene inkluderer LEAP, GEnx, GE90 og GE90, som driver passasjerfly som Boeing 777, Dreamliner og 747-8.

Medisinsk

Etter hvert som medisinsk utstyr som ortopediske implantater fortsetter å øke i kompleksitet, gir EBM mer designfrihet samtidig som det oppfyller medisinindustriens krav til overlegne mekaniske egenskaper. EBM spesialtilpasser design for spesifikke pasientapplikasjoner, noe som sikrer bedre passform og integrering. EBMs presisjonsproduksjonskapasiteter muliggjør også produksjon av slitesterke og biokompatible tannrestaureringer, noe som forbedrer pasientkomfort og levetid i tannapplikasjoner. EBM kan også produsere andre store ortopediske implantater som femorale knekomponenter, tibialbrett, kne- og ryggmargsbur og en rekke ryggmargsimplantater.

Biler

I bilindustrien brukes elektronstrålesmelting (EBM) til å produsere lette komponenter som motordeler og strukturelle elementer, og dermed forbedre drivstoffeffektiviteten og kjøretøyets ytelse. EBM støtter også bilprodusenter i prototyping og produksjon av tilpassede deler, noe som akselererer designiterasjoner og reduserer tiden til markedet. Bruksområder inkluderer spoler for varmebehandling av veivaksler, nav og spindler, drivlinjer, svingbare lagre og mer.

Vareproduksjon

En av fordelene med EBM fremfor LPBF er dens evne til å lage svært rene metalldeler, uten porøsitet eller oksidasjon. GH Induction, en produsent av spesialutstyr og maskiner for industriell induksjonsoppvarming, utnytter dette til å produsere kobberspoler med en renhet på 99.99 %. Disse spolene fra produktlinjen 3D Inductor har en levetid på 400 % lengre enn sine tradisjonelle motparter, samtidig som de drar nytte av designfriheten som 3D-printing gir.