التصنيع بالإضافات ذات الحزمة الإلكترونية

التصنيع الإضافي للحزم الإلكترونية ، أو ذوبان الحزمة الإلكترونية (EBM) هو نوع من التصنيع الإضافي ، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد ، للأجزاء المعدنية. توضع المادة الخام (مسحوق أو سلك معدني) تحت فراغ ويتم تنصيبها معًا من التدفئة بواسطة شعاع الإلكترون. هذه التقنية متميزة عن تلبيد الليزر الانتقائي حيث انصهر المواد الخام بالكامل.

بواسطة شعاع الالكترون كمصدر للطاقة ، يتم ذوبان المسحوق المعدني بشكل هادف ، حيث يمكن إنتاج مكونات مدمجة من أي هندسة بشكل مباشر من بيانات التصميم. لهذا الغرض ، على غرار ذوبان الليزر الانتقائي ، بالتناوب تطبيق طبقة مسحوق مع شفرة الطبيب إلى السابق وانتقائها انتقائي شعاع الإلكترون. بهذه الطريقة ، يتم إنشاء المكون المطلوب في الطبقات.

في الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) ، يتم التحكم آليًا في طائرة الذوبان ، بينما في انصهار الحزمة الإلكترونية ، تنفث طائرة الذوبان في فراغ عن طريق المجال المغناطيسي (وبالتالي بدون القصور الذاتي). ونتيجة لذلك ، يمكن الحصول على سرعات معالجة أعلى من الناحية النظرية باستخدام EBM مقارنةً بـ SLM.

بالمقارنة مع عمليات التصنيع التقليدية مثل الصب ، أو التلبيد أو تزوير ، هناك العديد من المزايا. وتشمل هذه:

حرية هندسية كبيرة للتصميم
تقصير الوقت بين التنمية وإدخال السوق
كفاءة أعلى للمواد
لا توجد تكاليف للأدوات المحددة للمكونات أو القوالب أو النوى أو ما شابه ذلك
الإنتاج الاقتصادي للنماذج الأولية و / أو السلسلة الصغيرة

بالمقارنة مع عمليات التصنيع المضافة التقليدية ، تنشأ العيوب التالية ، من بين أمور أخرى:

الاستثمار الأولي المرتفع نسبيا
بطيئة نسبيا من مكونات الإنتاج
لا إنتاج اقتصادي من سلسلة كبيرة
يحدد الحجم الصغير نسبيًا من الجهاز الأبعاد القصوى الممكنة للمكون
عملية EBM تخلق كثافة أعلى من عيوب المواد ، والتي قد تكون بسبب B يؤدي إلى انخفاض قوة المادة
أكبر مورد لنظم EBM ومالك العلامة التجارية EBM هي الشركة السويدية Arcam AB.

تقنية
هذه العملية ، التي تبدأ مباشرة من المعدن النقي إلى حالة المسحوق ، تجعل من الممكن إنتاج أجزاء نهائية خالية من الفراغات (آخر ميزة مميزة لهذه التقنية حتى عام 2011 على الأقل عندما تكون نماذج SLM (طابعات ثلاثية الأبعاد قائمة على المعادن) ” الليزر الانتقائي للذوبان “) لا يزال غير قادر على تحقيق مثل هذا الأداء عالي الكثافة ، والآن حققت تكنولوجيا SLM أداء تقترب من عملية EBM). تتضمن عملية الإنتاج وضع طبقات المسحوق من المادة في مكانها تحت الفراغ ، بدءًا من سمك حوالي 0.1 ملم وبقدرة صب تصل إلى 80 سم 3 / ساعة. العمل تحت الفراغ ، وبالتالي في غياب الهواء ، يسمح أيضًا بالعمل على المواد التي يمكن أن تتفاعل على الفور مع الأكسجين الذي ينتج مركبات غير مرغوبة.

تنقسم الآلة ، التي تقرأ البيانات من نموذج 3D CAD ، إلى 4 قطاعات:

الأمر (الكمبيوتر)
السلطة (الجهد العالي)
مدفع (أنبوب الكاثود) حيث يتم إنشاء شعاع الالكترون
الغرفة (يتم الحفاظ عليها عند ضغط ثابت (3 * 10 -5))
تحدث عملية الذوبان عند درجات حرارة تتراوح عادة بين 700 و 1000 درجة مئوية ، وتسمح بالحصول على أجزاء خالية تمامًا من الضغوط المتبقية ، وبالتالي لا تتطلب معالجات ما بعد الحرارة بعد الإنتاج.

تم تطوير تقنية EBM من قبل شركة Arcam السويدية.

Related Post

أنظمة أساسها مسحوق معدني
يمكن دمج مساحيق المعادن في كتلة صلبة باستخدام شعاع الالكترون كمصدر للحرارة. يتم تصنيع الأجزاء عن طريق ذوبان المسحوق المعدني ، طبقة طبقة ، مع شعاع الالكترون في فراغ عالي.

تنتج طريقة مسحوق المسحوق هذه الأجزاء المعدنية الكثيفة مباشرة من مسحوق المعادن مع خصائص المواد المستهدفة. يقوم جهاز EBM بقراءة البيانات من نموذج 3D CAD ويضع طبقات متتالية من المواد المسحوقة. يتم ذوبان هذه الطبقات معا باستخدام شعاع الالكترون التي تسيطر عليها الكمبيوتر. بهذه الطريقة يبني الأجزاء. تتم العملية تحت فراغ ، مما يجعلها مناسبة لتصنيع قطع في مواد تفاعلية ذات صلة عالية بالأكسجين ، مثل التيتانيوم. ومن المعروف أن العملية تعمل في درجات حرارة أعلى (تصل إلى 1000 درجة مئوية) ، مما قد يؤدي إلى اختلافات في تكوين الطور على الرغم من التصلب وتحول المرحلة الصلبة.

عادة ما يكون خام التغذية المسحوق مسبوق سبيكة ، على عكس الخليط. يسمح هذا الجانب بتصنيف الـ EBM مع ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) ، حيث تتطلب التقنيات المتنافسة مثل SLS و DMLS معالجة حرارية بعد التصنيع. بالمقارنة مع SLM و DMLS ، فإن EBM لديها معدل بناء متفوق بشكل عام بسبب كثافة الطاقة العالية وطريقة المسح الضوئي.

تطورات البحوث
تم نشر العمل الأخير من قبل ORNL ، مما يدل على استخدام تقنية EBM للسيطرة على اتجاهات البلورات البلورية المحلية في Inconel. وقد ركزت تطورات أخرى ملحوظة على تطوير المعلمات العملية لإنتاج أجزاء من السبائك مثل النحاس ، النيوبيوم ، آل 2024 ، والزجاج المعدني السائب ، والفولاذ المقاوم للصدأ ، وألمنيوم تيتانيوم. تشمل المواد التجارية في الوقت الحالي لـ EBM التيتانيوم الخالص تجارياً و Ti-6Al-4V و CoCr و Inconel 718 و Inconel 625.

أنظمة معدنية بالأسلاك
وهناك أسلوب آخر هو استخدام شعاع الإلكترون لإذابة سلك اللحام على سطح لبناء جزء. يشبه هذا عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد الشائعة لنمذجة الترسيب المصهور ، ولكن بالمعادن ، بدلاً من البلاستيك. مع هذه العملية ، توفر مسدس الحزمة الإلكترونية مصدر الطاقة المستخدم في صهر خام التغذية المعدني ، والذي عادة ما يكون سلكيًا. إن شعاع الإلكترون هو مصدر طاقة عالي الفعالية يمكن أن يكون محكماً بدقة وينحرف باستخدام ملفات كهرومغناطيسية بمعدلات جيدة إلى آلاف هيرتز. تتمتع أنظمة اللحام بالحزمة الإلكترونية القياسية بتوافر الطاقة العالية ، حيث تكون أنظمة 30 و 42 كيلواط أكثر شيوعًا. الميزة الرئيسية لاستخدام المكونات المعدنية مع حزم الإلكترون هي أن العملية تتم في بيئة عالية الفراغ من 1 × 10−4 أو أكبر ، مما يوفر منطقة عمل خالية من التلوث لا تتطلب استخدام غازات خاملة إضافية تستخدم مع عمليات الليزر والقوس. مع EBDM ، يتم تغذية المواد الخام في بركة منصهرة تم إنشاؤها بواسطة شعاع الإلكترون. من خلال استخدام عناصر التحكم الرقمية للكمبيوتر (CNC) ، يتم نقل البركة المنصهرة على لوحة الركيزة ، مع إضافة المادة فقط حيث تكون مطلوبة لإنتاج الشكل القريب من الشبكة. تتكرر هذه العملية بطريقة طبقة طبقة ، حتى يتم إنتاج الشكل ثلاثي الأبعاد المطلوب.

اعتمادا على الجزء الذي يتم تصنيعه ، يمكن أن تتراوح معدلات الترسيب إلى 200 سم مكعب (3،300 سم 3) في الساعة. مع سبيكة خفيفة ، مثل التيتانيوم ، وهذا يترجم إلى معدل الترسيب في الوقت الحقيقي من 40 جنيه (18 كجم) في الساعة. تتوافق مجموعة كبيرة من السبائك الهندسية مع عملية EBDM وهي متاحة بسهولة في شكل سلك لحام من قاعدة إمداد موجودة. وتشمل هذه ، على سبيل المثال لا الحصر ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، وسبائك الكوبلت ، وسبائك النيكل ، وسبائك النيكل والنحاس ، والتنتالوم ، وسبائك التيتانيوم ، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى ذات القيمة العالية.

سوق
تستخدم سبائك التيتانيوم على نطاق واسع مع هذه التكنولوجيا ، مما يجعلها خيارًا مناسبًا لسوق الزرع الطبي.

كؤوس حاصلة على شهادة CE حاصلة على سلسلة الإنتاج مع EBM منذ عام 2007 من قبل مصنعين أوروبيين لزراعة العظام ، Adler Ortho and Lima Corporate.

كما تلقت الشركة المصنعة للزرع في الولايات المتحدة Exactech تخليص إدارة الأغذية والأدوية (FDA) لكأس حلبي تم تصنيعه باستخدام تقنية EBM.

وتستهدف أيضا الفضاء وغيرها من التطبيقات الميكانيكية التي تتطلب الكثير من المتطلبات ، انظر محرك صاروخي رذرفورد.

لقد تم تطوير عملية المعالجة الموزعة للـ EBM من أجل تصنيع الأجزاء في أكسيد الألمنيوم جاما ويتم تطويرها حاليًا من قبل Avio SpA و General Electric Aviation لإنتاج ريش التوربينات في γ-TiAl لمحركات التوربين الغازي.

Share