CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск МагазинРегистрация


Электронно-лучевая плавка (EBM)




Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM) – относится к технологии аддитивного производства и является наиболее совершенным среди других технологий 3D-печати.

Электронно-лучевая плавка (EBM) схожа с выборочной лазерной плавкой (SLM) – главное отличие заключается в использовании луча высокоэнергетических электронов вместо лазера в качестве источников энергии для плавки. Технология EBM отлична от выборочного лазерного спекания (SLS) и прямого лазерного спекания металлов (DMLS) тем, что последним зачастую требуется обжиг после печати для достижения максимальных прочностных характеристик. В сравнении с SLS, SLM и DMLS, EBM обладает более высокой скоростью построения за счет более высокой мощности излучателей и электронного, а не электромеханического, отклонения пучков. Первопроходцем и по совместительству лидером в производстве аппаратов EBM является шведский концерн Acram.

Электронно-лучевая плавка (EBM)

В основе технологии лежит использование электронных пучков высокой мощности для сплавки металлического порошка в вакуумной камере с образованием последовательных слоев, повторяющих контуры цифровой модели. В отличие от технологий спекания и плавки, электронно-лучевая плавка позволяет создавать металлические модели особо высокой плотности и прочности, не прибегая к изобретению специальных обрабатывающих станков и устройств. Готовые изделия практически не отличаются от литых деталей по механическим свойствам.

Устройство считывает данные с файла, содержащего 3D-модель. После чего на специальную платформу насыпают или распыляют дозу порошкового материала, который разравнивается при помощи валика или ножа. Согласно координатам, полученным с компьютерной модели, с помощью электронно-лучевой пушки начинают бомбардировать электронами поверхность порошка, вычерчивая контуры слоев модели. При этом генерируется достаточное количество тепла, позволяющее плавить порошок в местах соприкосновения. При этом часть металлического порошка остается нетронутой. Платформа опускается и процесс повторяется.

Электронно-лучевая плавка (EBM)

Электронно-лучевая плавка проводится в вакуумных рабочих камерах при повышенных фоновых температурах, достигающих порядка 700-1000°C, что позволяет создавать детали, не страдающие от остаточного механического напряжения, вызываемого градиентом температур между уже охлажденными и еще горячими слоями, а также работать с материалами, чувствительными к оксидации – например, с чистым титаном. Кроме того, полная плавка расходного порошка позволяет производить монолитные изделия – отсюда максимальная прочность и отсутствие необходимости обжига. Еще одной особенностью подобных устройств является возможность одновременного «облучения» нескольких участков заготовки, что ускоряет процесс изготовления.

Как и в случае с SLS, расходным материалом для EBM обычно является металлический порошок, как правило это титановые сплавы, измельченный до консистенции пудры при помощи шаровых мельниц. Но иногда используются и другие металлы для получения каких-либо специфических свойств. Расходные материалы состоят из чистого металлического порошка без связующего наполнителя, а готовые модели не отличаются пористостью. Таким образом, не требуется обжигание напечатанной модели для достижения необходимой механической прочности.

Электронная пушка состоит из вакуумной колбы, к которой подведен электрод (катод) с высоким напряжением, предварительно нагреваемый до высокой температуры, а с другого конца установлен анод. В этих условиях возникает явление термоэлектронной эмиссии – проще говоря, катод начинает испускать поток электронов. С помощью управляемого магнитного поля этот поток фокусируется и позиционируется.

Технология EBM применяется в следующих отраслях человеческой деятельности:

  • медицина. 3D-печать позволяет получить титановые и кобальтовые протезы и имплантаты, которые обладают отличной биосовместимостью с человеческим организмом;

Электронно-лучевая плавка (EBM)

  • аэрокосмическая деятельность. Детали, изготовленные методом электронно-лучевой плавки, используют для производства деталей реактивных и ракетных двигателей, а также несущих элементов конструкции летательных аппаратов, которые обладают отличными прочностными характеристиками при небольшом весе;
  • производство небольших серий деталей. Эта технология может использоваться для производства различных пресс-форм, заготовок, вставок и т.д.;
  • быстрое прототипирование. Получение моделей готовых изделий в кратчайшие сроки еще на стадии проектирования.

К достоинствам данной технологии можно отнести:

  • высокая точность, которая достигается благодаря использованию «магнитных зеркал», которые корректируют траекторию электронного пучка. В технологии SLS используются оптические зеркала, которые имеют меньшую точность позиционирования. Лазерные зеркала и линзы стоят дорого. В зависимости от мощности установки, зеркала могут иметь золотое или серебренное покрытие, а линзы могут быть либо алмазными или германиевыми. В EBM для производства электромагнитных компонентов применяются недорогие материалы. В случае необходимости электронный луч может рассеиваться, что дает возможность нагревать исходный материал без дополнительных элементов, которые необходимы для лазерных установок. Отсутствие сложных механических компонентов позволяет добиться более высокой скорости перемещения пучка, что вместе с повышением его энергии позволяет получить более высокую производительность. Скорость плавления: до 80 см3/ч. Минимальная толщина слоя: 0,05 мм (0,0020 дюйма). Точность: +/- 0,2 мм на длине 100 мм.
  • отсутствует эффект усадки и внутренних напряжений изделия;
  • возможность производства сразу нескольких изделий;
  • не требуется дополнительной термической обработки.

К недостаткам технологии можно отнести:

  • В данный момент электронно-лучевая плавка ограничена точностью 0,2 мм, из-за размера электронного пучка, который составляет 0,2-1,0 мм. Это приводит к небольшой шероховатости готовых изделий;
  • наличие рентгеновского излучения, которое возникает при бомбардировке электронами металлов. Так называемое «тормозное излучение». Поэтому в рабочей камере необходимо устанавливать поглощающее покрытие;
  • метод электронно-лучевой плавки доступен только в промышленных масштабах. На сегодняшний день полноценного домашнего 3D-принтера, работающего по этой технологии не существует.

 


Вы можете стать первым