Электронно-лучевое аддитивное производство
Технология 3D-печати

Электронно-лучевое аддитивное производство , или электронно-лучевая плавка ( EBM ), — это тип аддитивного производства , или 3D-печати , для металлических деталей. Сырье (металлический порошок или проволока) помещается в вакуум и сплавляется вместе при нагревании электронным лучом. Эта технология отличается от селективного лазерного спекания , поскольку сплавы сырья полностью расплавлены. [1] Селективная электронно-лучевая плавка (SEBM) возникла как технология аддитивного производства (AM) на основе порошкового слоя и была выведена на рынок в 1997 году корпорацией Arcam AB со штаб-квартирой в Швеции. [2]

Системы на основе металлических порошков

Металлические порошки могут быть объединены в твердую массу с использованием электронного луча в качестве источника тепла. Детали изготавливаются путем плавления металлического порошка, слой за слоем, электронным лучом в высоком вакууме.

Этот метод порошковой кровати производит полностью плотные металлические детали непосредственно из металлического порошка с характеристиками целевого материала. Машина EBM считывает данные из 3D-модели CAD и накладывает последовательные слои порошкового материала. Эти слои сплавляются вместе с использованием управляемого компьютером электронного луча. Таким образом, он наращивает детали. Процесс происходит в вакууме, что делает его подходящим для производства деталей из реактивных материалов с высоким сродством к кислороду, например, титана. [3] Известно, что этот процесс работает при более высоких температурах (до 1000 °C), что может привести к различиям в формировании фаз посредством затвердевания и твердофазного фазового превращения. [4]

Порошковое сырье обычно предварительно легировано, а не представляет собой смесь. Этот аспект позволяет классифицировать EBM с селективной лазерной плавкой (SLM), тогда как конкурирующие технологии, такие как SLS и DMLS, требуют термической обработки после изготовления. По сравнению с SLM и DMLS, EBM имеет в целом более высокую скорость построения из-за более высокой плотности энергии и метода сканирования. [ необходима цитата ]

  • Оборудование для электронно-лучевой плавки
  • Аркам S12
    Аркам S12
  • Аркам А2
    Аркам А2
  • Аркам Q10
    Аркам Q10
  • Система для рекуперации металлических порошков, используемых в аддитивном производстве EBM
    Система для рекуперации металлических порошков, используемых в аддитивном производстве EBM

Научно-исследовательские разработки

Недавняя работа была опубликована ORNL , демонстрируя использование технологии EBM для управления локальной кристаллографической ориентацией зерен в Inconel . [5] После испытаний в просвечивающем электронном микроскопе с использованием новейшей техники in situ было доказано, что сплав Inconel, полученный методом EBM, демонстрирует схожие механические свойства по сравнению с деформируемым сплавом Inconel. [6] В последнее время были проведены многочисленные исследования, изучающие микроструктуру и характеристики различных марок стали (включая аустенитную, мартенситную, двухфазную и ферритную), адаптированных для процесса EBM. [7] Другие заметные разработки были сосредоточены на разработке параметров процесса для производства деталей из таких сплавов, как медь , [8] ниобий , [9] Al 2024 , [10] объемное металлическое стекло , [11] нержавеющая сталь и алюминид титана . В настоящее время коммерческие материалы для EBM включают в себя коммерчески чистый титан , Ti-6Al-4V , [12] CoCr , Inconel 718 , [13] и Inconel 625. [ 14]

Системы на основе металлической проволоки

Другой подход заключается в использовании электронного луча для расплавления сварочной проволоки на поверхности для создания детали. [15] Это похоже на обычный процесс 3D-печати с моделированием методом наплавления , но с металлом, а не с пластиком. При этом процессе электронно-лучевая пушка обеспечивает источник энергии, используемый для плавления металлического сырья, которым обычно является проволока. Электронный луч является высокоэффективным источником энергии, который может быть как точно сфокусирован, так и отклонен с помощью электромагнитных катушек со скоростью, достигающей тысяч герц. Типичные системы электронно-лучевой сварки имеют высокую доступную мощность, причем наиболее распространены системы мощностью 30 и 42 киловатт. Основным преимуществом использования металлических компонентов с электронными лучами является то, что процесс проводится в среде высокого вакуума 1 × 10−4 торр или выше, что обеспечивает рабочую зону без загрязнений, которая не требует использования дополнительных инертных газов, обычно используемых в лазерных и дуговых процессах. При EBDM исходный материал подается в расплавленную ванну, созданную электронным лучом. Благодаря использованию числового программного управления (ЧПУ) расплавленная ванна перемещается по подложке, добавляя материал только туда, где это необходимо для получения почти чистой формы. Этот процесс повторяется слой за слоем до тех пор, пока не будет получена желаемая трехмерная форма. [16]

В зависимости от изготавливаемой детали скорость осаждения может составлять до 200 кубических дюймов (3300 см 3 ) в час. С легким сплавом , таким как титан , это соответствует скорости осаждения в реальном времени 40 фунтов (18 кг) в час. Широкий спектр конструкционных сплавов совместим с процессом EBDM и легко доступен в виде сварочной проволоки из существующей базы поставок. К ним относятся, помимо прочего, нержавеющие стали, кобальтовые сплавы, никелевые сплавы, медно -никелевые сплавы, тантал , титановые сплавы, а также многие другие высококачественные материалы. [ необходима цитата ]

Рынок

В этой технологии широко используются титановые сплавы, что делает ее подходящим выбором для рынка медицинских имплантатов.

Вертлужные чашки, имеющие сертификат CE, серийно производятся с 2007 года по технологии EBM двумя европейскими производителями ортопедических имплантатов Adler Ortho и Lima Corporate . [ необходима ссылка ]

Американский производитель имплантатов Exactech также получил разрешение FDA на вертлужную чашку, изготовленную с использованием технологии EBM. [ необходима цитата ]

Также нацелены на аэрокосмическую промышленность и другие высокотребовательные механические приложения, см. Ракетный двигатель Резерфорда .

Процесс EBM был разработан для производства деталей из гамма-алюминида титана и в настоящее время разрабатывается компаниями Avio SpA и General Electric Aviation для производства турбинных лопаток из γ-TiAl для газотурбинных двигателей. [17]

Первая машина EBM в Соединенных Штатах находится на кафедре промышленной и системной инженерии в Университете штата Северная Каролина . [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "ASTM F2792 - 12a Стандартная терминология для технологий аддитивного производства, (Отозвано в 2015 г.)". Astm.org . Получено 26.04.2017 .
  2. ^ Кёрнер, К. (2016-07-03). «Аддитивное производство металлических компонентов селективной электронно-лучевой плавкой — обзор». International Materials Reviews . 61 (5): 361– 377. doi :10.1080/09506608.2016.1176289. ISSN  0950-6608.
  3. ^ "Электронно-лучевая плавка". Thre3d.com. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года . Получено 28 января 2014 года .
  4. ^ Сеймс и др. (2014). «Термические эффекты на микроструктурную неоднородность материалов Inconel 718, изготовленных методом электронно-лучевой плавки». Журнал исследований материалов . 29 (17): 1920–1930 . Bibcode : 2014JMatR..29.1920S. doi : 10.1557/jmr.2014.140. S2CID  136814896.
  5. ^ "Исследование ORNL раскрывает уникальные возможности 3-D печати | ornl.gov". Архивировано из оригинала 2014-10-30 . Получено 2014-10-29 .
  6. ^ Го, Цяньин; Кирка, Майкл; Линь, Ляньшань; Шин, Донвон; Пэн, Цзянь; Уночич, Кинга А. (сентябрь 2020 г.). «Деформация просвечивающей электронной микроскопии in situ и механические реакции суперсплава на основе Ni, изготовленного аддитивным способом». Скрипта Материалия . 186 : 57–62 . doi :10.1016/j.scriptamat.2020.04.012. S2CID  219488998.
  7. ^ Ли, Йе; Ван, Ян; Ню, Цзинчжэ; Лю, Шифэн; Лин, Ян; Лю, Нэн; Ма, Джун; Чжан, Чжаохуэй; Ван, Цзянь (18 января 2023 г.). «Микроструктура и механические свойства быстрорежущей стали М2, полученной электронно-лучевой плавкой». Материаловедение и инженерия: А. 862 : 144327. doi : 10.1016/j.msea.2022.144327. ISSN  0921-5093.
  8. ^ "Изготовление медных компонентов с помощью электронно-лучевой плавки". Asminterinternational.org . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-01-14 . Получено 2017-04-26 .
  9. ^ Мартинес и др. (2013). «Микроструктуры ниобиевых компонентов, изготовленных методом электронно-лучевой плавки». Металлография, микроструктура и анализ . 2 (3): 183– 189. doi : 10.1007/s13632-013-0073-9 .
  10. ^ Махале, Тушар Рамкришна (2009). «Электронно-лучевая плавка современных материалов и структур». Bibcode :2009PhDT.......262M. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  11. ^ "Уникальный прорыв в производстве объемного металлического стекла". Архивировано из оригинала 29.10.2014 . Получено 29.10.2014 .
  12. ^ "EBM-Built Materials - Arcam AB". Arcam.com . 2013-01-24. Архивировано из оригинала 2017-05-15 . Получено 2017-04-26 .
  13. ^ "8-й Международный симпозиум по суперсплаву 718 и производным: Новые методы обработки". Programmaster.org . Получено 26.04.2017 .
  14. ^ "Журнал исследований и технологий материалов". Архивировано из оригинала 29.10.2014 . Получено 29.10.2014 .
  15. ^ "Видео: Прямое электронно-лучевое производство: современный машинный цех". Mmsonline.com. Архивировано из оригинала 9 июня 2013 года . Получено 10 октября 2013 года .
  16. ^ «Что такое 3D-печать с направленным наложением энергии (DED)?». Sciaky.com . Sciaky, Inc . Получено 16 мая 2021 г. .
  17. ^ "GE использует прорывную новую электронную пушку для 3D-печати – в 10 раз мощнее лазерного спекания". 2014-08-18. Архивировано из оригинала 2014-12-05 . Получено 2014-10-29 .
  18. ^ «Передовое производство | Промышленная инженерия».

Дальнейшее чтение

  • Производственная инженерия и технология, пятое издание. Сероп Калпакджян.
  • Смотрите и узнавайте больше об электронно-лучевой плавке
  • Справочник инженера
  • Автомобильный дизайнLine
  • Презентация процесса Arcam (pdf)
  • Прямое производство: ARCAM, видео, описывающее процесс EBM
  • Аддитивное производство с использованием электронного луча с открытым исходным кодом
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Электронно-лучевое_добавочное_производство&oldid=1271356323"