50158024
Заказать обратный звонок
Ваш запрос отправлен.
Наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время!
+7 (495) 956-7770
Как работает технология электронно-лучевого плавления EBM в 3D-печати? 

Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM) — это инновационный процесс аддитивного производства, в котором металлический порошок или нить полностью расплавляется концентрированным пучком электронов. Производство в вакуумной камере гарантирует, что окисление не поставит под угрозу реактивные материалы, такие как титан. Создание вакуума является необходимым условием, чтобы электроны не сталкивались с молекулами газа. 

Не так давно проекты по технологии EBM могли только проиллюстрировать возможности процесса аддитивного производства. Сегодня потенциал технологии электронно-лучевой плавки реализован более полно и она успешно используется для печати компонентов в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, нефтехимической, медицинской и стоматологической областях. 

Как работает процесс электронно-лучевого плавления? 

Перегретая вольфрамовая нить в электронно-лучевой пушке создает облако электронов, которое ускоряется примерно до половины скорости света. Магнитное поле фокусирует луч до нужного диаметра. Второе магнитное поле направляет пучок электронов в нужное место на печатной платформе. 

Электронно-лучевое плавление — высокоэнергетический и высокотемпературный процесс. Это было продемонстрировано исследователями в Центре космических полетов НАСА, когда они зафиксировали температуру до 2000 градусов по Цельсию в процессе плавления электронным пучком. 

Как только компонент или прототип напечатан, сборочная оболочка удаляется, а сборочная платформа и прикрепленный объект удаляются из сыпучего порошка. Порошок, прилипший к объекту или оставшийся во внутренних полостях, сдувается или выдувается. Методы последующей обработки, включая горячее изостатическое прессование (HIP), термическую обработку в инертном газе или вакуумную термообработку, могут применяться для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств. 

В некоторых случаях механическая обработка может использоваться для печати деталей с необходимыми критическими допусками. Механическая обработка с числовым программным управлением (ЧПУ), пескоструйная обработка и дробеструйная обработка, гальваническое покрытие и электрохимическая полировка возможна по мере необходимости для улучшения шероховатости детали, изготовленной методом EBM. 

Технология электронно-лучевой плавки позволяет создавать высокопрочные детали, которые имеют свойства, присущие металлам, обрабатываемым классическими способами. EBM практически устраняет примеси, которые могут проникнуть при использовании традиционных методов изготовления. 

Электронно-лучевая плавка включает в себя две технологии — печать методом плавки порошков (PBF) и моделирование послойным наплавлением (FDM). Первый использует порошковый металл для печати объектов, в то время как второй использует проволочную нить. 

 

Материалы 

Легкий вес, превосходная прочность и коррозионная стойкость титана давно привлекают конструкторов и инженеров в аэрокосмической и оборонной промышленности. Легкие титановые детали при 3D-печати сохраняют необходимую прочность и долговечность, что является критическим преимуществом в тех случаях, когда важны весовые характеристики детали. 

Гипоаллергенные свойства титана (биосовместимость) делает его привлекательным для производства компонентов для медицинской области. Например, многие ортопедические имплантаты часто печатаются из титанового сплава Ti6Al4V. 

Кобальт-хром — сплав с отличными механическими свойствами. Это очень твердый металл, очень устойчивый к высоким температурам, давлению и коррозии. Кобальт-хромовый сплав используется в аэрокосмической и автомобильной промышленностях, где детали работают при очень высоких температурах. В области медицины он использовался для изготовления ортопедических имплантатов и инструментов, требующих стерилизации. 

Стальные порошки предлагают привлекательное сочетание стоимости, прочности и механических свойств.  Нержавеющая сталь 316L известна своей превосходной коррозионной стойкостью, поэтому ее часто используют для производства автомобильных деталей, медицинских инструментов и промышленных запасных частей.  

Мартенситно-стареющая сталь в виде мелкодисперсного порошка — высокопрочный инструментальный сплав. Инженеры используют аддитивные технологии для производства объектов с внутренними каналами охлаждения, невозможными при традиционных методах производства. 

Inconel 718 — еще один суперсплав с превосходными механическими свойствами, коррозионной стойкостью и отличными характеристиками при высоких температурах. Детали из сплава Inconel 718, напечатанные с помощью технологии EBM, используются в различных отраслях. Клапаны, изготовленные из этого никелевого сплава, используются в нефтехимической промышленности, где долговечность и коррозионная стойкость являются критически важными характеристиками. 


 

Применение деталей EBM 

EBM является экономически эффективным способом производства прототипов и деталей низкого качества. Электронно-лучевая плавка позволяет печатать сложные и замысловатые конструкции.  

Детали по технологии EBM часто имеют сложную геометрию, обеспечивающую значительную экономию веса, что имеет первостепенное значение в аэрокосмической отрасли.  

Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) впервые разрешило ортопедические имплантаты, созданные с помощью технологии электронно-лучевой плавки в 2012 году. Несколько лет спустя управление одобрило черепно-лицевые имплантаты, напечатанные на машинах EBM. 

Необработанная шероховатая поверхность деталей способствует прорастанию костей, что делает его популярным для изготовления имплантатов бедра и колена 

Преимущества и недостатки плавления электронным пучком 

Как и в любом производственном процессе, при создании объектов с использованием технологии EBM есть свои преимущества и недостатки. 

Преимущества 

Технология электронно-лучевой плавки дает конкурентные преимущества прогрессивным предприятиям, которые получают доступ к новым быстрорастущим сферам экономики. Дизайнеры и инженеры пользуются беспрецедентной гибкостью конструкции, применяя технологию EBM.  

Для многих отраслей эта технология является экономически эффективным процессом, которая позволяет снизить число необходимых складских запасов и производственные выбросы. А сокращение времени выполнения заказа может повысить удовлетворенность клиентов. 

Технология электронно-лучевой плавки имеет и другие преимущества. Скорость печати часто в 3-5 раз выше, чем у других разновидностей аддитивного производства. Многолучевые системы одновременно поддерживают несколько ванн расплава для повышения производительности. Детали EBM обычно нуждаются в меньшем количестве поддержек, чем детали DMLS. Процесс EBM примерно в 5-10 раз энергоэффективнее, чем процессы на лазерной основе. 

Процесс электронно-лучевой плавки снижает остаточные напряжения различными способами. Можно контролировать остаточное напряжение во время подготовки данных системами автоматизированного проектирования (САПР), во время печати и последующей обработки. Во время печати остаточное напряжение уменьшается путем предварительного нагрева печатного слоя и нагревания материала до того, как он будет поражен электронным лучом. В некоторой степени, более низкое остаточное напряжение также является функцией высоких температур процесса и более низких скоростей охлаждения по сравнению с процессами аддитивных технологий на основе лазера. 

Технология электронно-лучевой плавки исключает спекание, позволяя производителям получить точный контроль над пористостью. Операторы EBM дополнительно минимизируют проблемы пористости, регулируя параметры луча. 

Недостатки 

Поверхность детали, напечатанной с помощью электронно-лучевого плавления, часто требует последующей обработки, в то время как гладкие поверхности деталей, изготовленных по технологии Direct Metal Laser Melting (DMLM), обычно не требуют большой последующей обработки. 

3D-принтерам EBM необходимо пристальное профилактическое обслуживания, а процессы EBM требуют мониторинга и проверки. Для электронно-лучевой плавки должны использоваться чистые и неиспользованные металлы. В каждом случае, проверенная цепочка поставок и тщательное тестирование необходимы для обеспечения требуемых уровней чистоты. 

Хотя производство деталей с использованием технологии электронно-лучевой плавки требует значительных капиталовложений, рентабельность инвестиций одновременно улучшается за счет устранения определенных недостатков и конструктивных ограничений, присущих традиционным технологиям производства. 

Комментарий эксперта «НИССА Диджиспейс» Павла Трусова: 

«В РФ технология EBM пока не получила такого же широкого распространения как другие технологии 3D-печати металлом. Основным ограничивающим фактором является санкционная политика производителя. Тем не менее, несколько единиц оборудования успешно эксплуатируются в нашей стране». 

Посетите наш раздел про 3D-принтеры EBM, чтобы узнать больше о моделях от Arcam, включая машиныArcam EBM Q10plus,  Arcam EBM Q20plus и Arcam EBM A2X