Электронно-лучевое аддитивное производство
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( январь 2010 г. ) |
Электронно-лучевое аддитивное производство , или электронно-лучевое плавление ( EBM ), — это тип аддитивного производства или 3D-печати для металлических деталей. Сырье (металлический порошок или проволока) помещается под вакуум и сплавляется путем нагревания электронным лучом. Этот метод отличается от селективного лазерного спекания , поскольку сплавы исходного материала 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
[ редактировать ]Металлические порошки можно объединить в твердую массу, используя электронный луч в качестве источника тепла. Детали изготавливаются путем плавления металлического порошка слой за слоем электронным лучом в высоком вакууме.
Этот метод порошкового слоя позволяет производить полностью плотные металлические детали непосредственно из металлического порошка с характеристиками целевого материала. Машина EBM считывает данные из 3D-модели CAD и укладывает последовательные слои порошкообразного материала. Эти слои сплавляются вместе с помощью электронного луча, управляемого компьютером. Таким образом происходит сборка деталей. Процесс происходит в вакууме, что делает его пригодным для изготовления деталей из химически активных материалов с высоким сродством к кислороду, например титана. [3] Известно, что этот процесс протекает при более высоких температурах (до 1000 ° C), что может привести к различиям в фазообразовании при затвердевании и фазовом превращении в твердом состоянии . [4]
Порошковое сырье обычно предварительно легировано, а не смесь. Этот аспект позволяет классифицировать EBM с помощью селективного лазерного плавления (SLM), тогда как конкурирующие технологии, такие как SLS и DMLS, требуют термической обработки после изготовления. По сравнению с SLM и DMLS, EBM в целом имеет более высокую скорость построения из-за более высокой плотности энергии и метода сканирования. [ нужна ссылка ]
- Оборудование для электронно-лучевой плавки
-
Коробка S12 -
Аркам А2 -
Коробка Q10 -
Система восстановления металлических порошков, используемых в аддитивном производстве EBM
Научные разработки
[ редактировать ]Недавняя работа была опубликована ORNL и демонстрирует использование технологии EBM для контроля локальной кристаллографической ориентации зерен в инконеле . [5] После испытаний в просвечивающем электронном микроскопе с использованием современной технологии in-situ было доказано, что сплав EBM Inconel демонстрирует аналогичные механические свойства по сравнению с деформируемым сплавом Inconel. [6] В последнее время были проведены многочисленные исследования по изучению микроструктуры и характеристик различных марок стали (включая аустенитную, мартенситную, двухфазную и ферритную), адаптированных для процесса EBM. [7] Другие заметные разработки были сосредоточены на разработке параметров процесса производства деталей из таких сплавов, как медь , [8] ниобий , [9] Аль 2024 , [10] объемное металлическое стекло , [11] нержавеющая сталь и алюминид титана . В настоящее время коммерческие материалы для EBM включают технически чистый титан , Ti-6Al-4V , [12] КоКр , Инконель 718 , [13] и Инконель 625 . [14]
Системы на основе металлической проволоки
[ редактировать ]Другой подход заключается в использовании электронного луча для расплавления сварочной проволоки на поверхности для изготовления детали. [15] Это похоже на обычный процесс 3D-печати моделирования наплавлением , но с использованием металла, а не пластика. В этом процессе электронно-лучевая пушка обеспечивает источник энергии, используемый для плавления металлического сырья, которым обычно является проволока. Электронный луч — это высокоэффективный источник энергии, который можно как точно сфокусировать, так и отклонить с помощью электромагнитных катушек со скоростью до тысяч герц. Типичные системы электронно-лучевой сварки имеют высокую доступность мощности, наиболее распространены системы мощностью 30 и 42 кВт. Основным преимуществом использования металлических компонентов с электронными лучами является то, что процесс проводится в среде высокого вакуума 1 × 10 −4 Торр или выше, обеспечивая рабочую зону без загрязнений, которая не требует использования дополнительных инертных газов, обычно используемых в лазерных и дуговых процессах. При использовании EBDM сырье подается в ванну расплава, создаваемую электронным лучом. Благодаря использованию компьютерного числового управления (ЧПУ) расплавленная ванна перемещается по пластине-подложке, добавляя материал именно там, где это необходимо для получения формы, близкой к заданной. Этот процесс повторяется слой за слоем, пока не будет получена желаемая трехмерная форма. [16]
В зависимости от изготавливаемой детали скорость наплавки может достигать 200 кубических дюймов (3300 см3). 3 ) в час. Для легких сплавов , таких 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 дорогостоящие материалы. [ нужна ссылка ]
Рынок
[ редактировать ]титановые В этой технологии широко используются сплавы, что делает ее подходящим выбором для рынка медицинских имплантатов.
CE-сертифицированные вертлужные чашки серийно производятся совместно с EBM с 2007 года двумя европейскими производителями ортопедических имплантатов, Adler Ortho и Lima Corporate . [ нужна ссылка ]
Американский производитель имплантатов Exactech также получил разрешение FDA на вертлужную чашку, изготовленную по технологии EBM. [ нужна ссылка ]
Также нацелены на аэрокосмическую и другие требовательные механические применения, см. Резерфордский ракетный двигатель .
Процесс EBM был разработан для изготовления 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 факультете промышленной и системной инженерии Университета штата Северная Каролина . [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ASTM F2792-12a Стандартная терминология для технологий аддитивного производства (отозвано в 2015 г.)» . Астм.орг . Проверено 26 апреля 2017 г.
- ^ Кернер, К. (3 июля 2016 г.). «Аддитивное производство металлических деталей методом селективной электронно-лучевой плавки — обзор» . Международные обзоры материалов . 61 (5): 361–377. дои : 10.1080/09506608.2016.1176289 . ISSN 0950-6608 .
- ^ «Электронно-лучевая плавка» . Thre3d.com. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года . Проверено 28 января 2014 г.
- ^ Самс; и др. (2014). «Термическое воздействие на микроструктурную неоднородность материалов Inconel 718, изготовленных электронно-лучевой плавкой». Журнал исследования материалов . 29 (17): 1920–1930. Бибкод : 2014JMatR..29.1920S . дои : 10.1557/jmr.2014.140 . S2CID 136814896 .
- ^ «Исследование ORNL раскрывает уникальные возможности 3D-печати | ornl.gov» . Архивировано из оригинала 30 октября 2014 г. Проверено 29 октября 2014 г.
- ^ Го, Цяньин; Кирка, Майкл; Линь, Ляньшань; Шин, Донвон; Пэн, Цзянь; Уночич, Кинга А. (сентябрь 2020 г.). «Просвечивающая электронная микроскопия in situ деформации и механических реакций суперсплава на основе Ni, изготовленного аддитивным способом». сценария Материал 186 : 57–62. дои : 10.1016/j.scriptamat.2020.04.012 . S2CID 219488998 .
- ^ 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 .
- ^ «Изготовление медных деталей методом электронно-лучевой плавки» . Asminterinternational.org . Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2017 г. Проверено 26 апреля 2017 г.
- ^ Мартинес; и др. (2013). «Микроструктуры ниобиевых компонентов, полученных методом электронно-лучевой плавки» . Металлография, микроструктура и анализ . 2 (3): 183–189. дои : 10.1007/s13632-013-0073-9 .
- ^ Махале, Тушар Рамкришна (2009). «Электронно-лучевая плавка перспективных материалов и конструкций» . Бибкод : 2009PhDT.......262M .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Уникальный прорыв в массовом производстве металлического стекла» . Архивировано из оригинала 29 октября 2014 г. Проверено 29 октября 2014 г.
- ^ «Материалы для производства EBM — Arcam AB» . Arcam.com . 24 января 2013 г. Архивировано из оригинала 15 мая 2017 г. Проверено 26 апреля 2017 г.
- ^ «8-й Международный симпозиум по суперсплаву 718 и его производным: новые методы обработки» . Programmaster.org . Проверено 26 апреля 2017 г.
- ^ «Журнал исследований и технологий материалов» . Архивировано из оригинала 29 октября 2014 г. Проверено 29 октября 2014 г.
- ^ «Видео: Прямое электронно-лучевое производство: современный механический цех» . Mmsonline.com. Архивировано из оригинала 9 июня 2013 года . Проверено 10 октября 2013 г.
- ^ «Что такое 3D-печать с направленным энергетическим осаждением (DED)?» . Sciaky.com . Скиаки, Inc. Проверено 16 мая 2021 г.
- ^ «GE использует новую революционную электронную пушку для 3D-печати — в 10 раз мощнее, чем лазерное спекание» . 18 августа 2014 г. Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г. Проверено 29 октября 2014 г.
- ^ «Передовое производство | Промышленная инженерия» .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Промышленная инженерия и технологии, пятое издание. Серопе Калпакджян.