Fabricación de aditivos de haz de electrones.

La fabricación de aditivos de haz de electrones, o fusión de haz de electrones (EBM) es un tipo de fabricación de aditivos, o impresión en 3D, para piezas metálicas. La materia prima (polvo metálico o alambre) se coloca bajo un vacío y se fusiona por calentamiento mediante un haz de electrones. Esta técnica es distinta de la sinterización por láser selectiva, ya que la materia prima se fusiona completamente.

Por medio de un haz de electrones como fuente de energía, un polvo metálico se funde a propósito, por lo que los componentes compactos de casi cualquier geometría se pueden producir directamente a partir de los datos de diseño. Para este propósito, similar a la fusión por láser selectiva, aplicó alternativamente una capa de polvo con una cuchilla doctor a la anterior y se fundió selectivamente por haz de electrones. De esta manera, el componente deseado se genera en capas.

En la fusión por láser selectivo (SLM), el chorro de fusión se controla mecánicamente, mientras que en la fusión por haz de electrones, el chorro de fusión se desvía al vacío a través de un campo magnético (y por lo tanto, sin inercia). Como resultado, teóricamente son posibles velocidades de proceso más altas con el EBM en comparación con el SLM.

En comparación con los procesos de fabricación tradicionales, tales como fundición, sinterización o forja, hay varias ventajas. Éstas incluyen:

Gran libertad geométrica de diseño.
Acortando el tiempo entre el desarrollo y la introducción al mercado.
Mayor eficiencia de material
Sin costo por herramientas específicas para componentes, moldes, núcleos o similares
Producción económica de prototipos y / o series pequeñas.

En comparación con los procesos tradicionales de fabricación aditiva, surgen las siguientes desventajas, entre otras:

Inversión inicial relativamente alta
Producción relativamente lenta de componentes.
No hay producción económica de grandes series.
El volumen relativamente pequeño del dispositivo limita las dimensiones máximas posibles del componente
El proceso de EBM crea una mayor densidad de defectos del material, lo que puede deberse a que, por ejemplo, B. conduce a una menor resistencia del material
El mayor proveedor de sistemas EBM y propietario de la marca EBM es la compañía sueca Arcam AB.

Tecnología
Este proceso, que comienza directamente desde el estado de metal puro hasta el polvo, permite producir piezas terminadas y sin huecos (el último rasgo característico de esta tecnología hasta al menos 2011 cuando los modelos SLM (impresoras 3D basadas en metal) » La fusión por láser selectiva «) todavía no pudo lograr un rendimiento de alta densidad, ahora la tecnología SLM ha alcanzado un rendimiento que se aproxima al proceso de EBM. El proceso de producción consiste en colocar las capas de polvo del material que se va a fundir al vacío, a partir de espesores de aproximadamente 0,1 mm y con una capacidad de fundición de hasta 80 cm 3 / h. Trabajar al vacío y, por lo tanto, en ausencia de aire, también permite trabajar con materiales que de otra manera reaccionarían inmediatamente con el oxígeno produciendo compuestos no deseados.

La máquina, que lee datos de un modelo CAD 3D, se divide en 4 sectores:

Comando (PC)
Potencia (alta tensión)
Cañón (tubo catódico) donde se genera el haz de electrones.
Cámara (mantenida a presión constante (3 * 10 -5))
El proceso de fusión tiene lugar a temperaturas típicamente entre 700 y 1.000 ° C y permite obtener piezas sustancialmente libres de tensiones residuales y que, por lo tanto, no requieren tratamientos post-calor después de la producción.

La técnica EBM fue desarrollada por la empresa sueca Arcam.

Related Post

Sistemas a base de polvo metálico.
Los polvos metálicos se pueden consolidar en una masa sólida utilizando un haz de electrones como fuente de calor. Las piezas se fabrican fundiendo polvo metálico, capa por capa, con un haz de electrones en alto vacío.

Este método de lecho de polvo produce piezas metálicas completamente densas directamente del polvo de metal con las características del material objetivo. La máquina EBM lee los datos de un modelo CAD 3D y coloca capas sucesivas de material en polvo. Estas capas se funden juntas utilizando un haz de electrones controlado por computadora. De esta forma se acumulan las piezas. El proceso se realiza al vacío, lo que lo hace adecuado para fabricar piezas en materiales reactivos con una alta afinidad por el oxígeno, por ejemplo, titanio. Se sabe que el proceso opera a temperaturas más altas (hasta 1000 ° C), lo que puede conducir a diferencias en la formación de fase a través de la solidificación y la transformación de fase en estado sólido.

El material de alimentación en polvo típicamente es prealeado, a diferencia de una mezcla. Ese aspecto permite la clasificación de EBM con fusión selectiva por láser (SLM), donde las tecnologías de la competencia como SLS y DMLS requieren tratamiento térmico después de la fabricación. En comparación con SLM y DMLS, EBM tiene una tasa de construcción generalmente superior debido a su mayor densidad de energía y método de escaneo.

Desarrollos de investigación
El trabajo reciente ha sido publicado por ORNL, que demuestra el uso de la tecnología EBM para controlar las orientaciones de grano cristalográfico local en Inconel. Otros desarrollos notables se han centrado en el desarrollo de parámetros de proceso para producir partes de aleaciones como cobre, niobio, Al 2024, vidrio metálico a granel, acero inoxidable y aluminuro de titanio. Los materiales comerciales actuales para EBM incluyen titanio comercialmente puro, Ti-6Al-4V, CoCr, Inconel 718 e Inconel 625.

Sistemas a base de alambre de metal.
Otro enfoque es usar un haz de electrones para fundir el alambre de soldadura sobre una superficie para construir una parte. Esto es similar al proceso de impresión 3D común del modelado de deposición fundida, pero con metal, en lugar de plásticos. Con este proceso, una pistola de haz de electrones proporciona la fuente de energía utilizada para fundir la materia prima metálica, que generalmente es un cable. El haz de electrones es una fuente de energía altamente eficiente que puede enfocarse y desviarse con precisión utilizando bobinas electromagnéticas a velocidades de miles de hercios. Los sistemas típicos de soldadura por haz de electrones tienen alta disponibilidad de potencia, siendo los sistemas de 30 y 42 kilovatios lo más común. Una de las principales ventajas de usar componentes metálicos con haces de electrones es que el proceso se realiza en un entorno de alto vacío de 1 × 10−4 Torr o más, lo que proporciona una zona de trabajo libre de contaminación que no requiere el uso de gases inertes adicionales comúnmente Utilizado con procesos basados ​​en láser y arco. Con EBDM, el material de alimentación se alimenta a un conjunto fundido creado por el haz de electrones. Mediante el uso de controles numéricos de computadora (CNC), la piscina fundida se mueve sobre una placa de sustrato, agregando material justo donde se necesita para producir la forma casi neta. Este proceso se repite capa por capa, hasta que se produce la forma 3D deseada.

Dependiendo de la pieza que se fabrique, las tasas de deposición pueden alcanzar hasta 200 pulgadas cúbicas (3,300 cm3) por hora. Con una aleación ligera, como el titanio, esto se traduce en una tasa de deposición en tiempo real de 40 kg (40 libras) por hora. Una amplia gama de aleaciones de ingeniería son compatibles con el proceso EBDM y están disponibles en forma de alambre de soldadura desde una base de suministro existente. Estos incluyen, entre otros, aceros inoxidables, aleaciones de cobalto, aleaciones de níquel, aleaciones de cobre, níquel, tántalo, aleaciones de titanio, así como muchos otros materiales de alto valor.

Mercado
Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente con esta tecnología, lo que la convierte en una opción adecuada para el mercado de implantes médicos.

Las copas acetabulares con certificación CE están en producción en serie con EBM desde 2007 por dos fabricantes europeos de implantes ortopédicos, Adler Ortho y Lima Corporate.

El fabricante estadounidense de implantes Exactech también recibió la aprobación de la FDA para una copa acetabular fabricada con la tecnología EBM.

Las aplicaciones aeroespaciales y otras aplicaciones mecánicas altamente exigentes también están dirigidas, ver Motor de cohete Rutherford.

El proceso EBM se ha desarrollado para la fabricación de piezas en aluminuro de titanio gamma y actualmente lo están desarrollando Avio SpA y General Electric Aviation para la producción de palas de turbina en γ-TiAl para motores de turbina de gas.

Share