전자빔 첨가제 제조 또는 전자빔 용해 (EBM)는 금속 부품을위한 첨가물 제조 또는 3D 인쇄의 한 유형입니다. 원료 (금속 분말 또는 와이어)를 진공하에두고 전자 빔에 의한 가열로부터 함께 융합시킨다. 이 기술은 완전 용해 된 원료 퓨즈와 같이 선택적 레이저 소결과 구별됩니다.
전자빔을 에너지 원으로 사용하여 금속 분말을 의도적으로 녹여 거의 모든 형상의 컴팩트 한 부품을 설계 데이터에서 직접 생성 할 수 있습니다. 이를 위해, 선택적 레이저 용융과 유사하게, 이전에 닥터 블레이드를 갖는 분말 층을 교대로 적용하고 전자 빔에 의해 선택적으로 용융시켰다. 이러한 방식으로 원하는 구성 요소가 레이어로 생성됩니다.
선택적 레이저 용융 (SLM)에서는 용융 제트가 기계적으로 제어되는 반면, 전자 빔 용융에서는 용융 제트가 자기장을 통해 진공 상태에서 편향됩니다 (따라서 관성이 없음). 결과적으로 이론적으로 더 높은 프로세스 속도가 SLM과 비교하여 EBM에서 가능합니다.
주조, 소결 또는 단조와 같은 기존의 제조 공정과 비교할 때 몇 가지 장점이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
디자인의 자유로운 기하학적 자유
개발과 시장 도입 사이의 시간 단축
높은 재료 효율
부품 별 공구, 금형, 코어 등 비용은 들지 않습니다.
프로토 타입 및 / 또는 소규모 시리즈의 경제적 생산
기존의 첨가제 제조 공정에 비해 다음과 같은 단점이 있습니다.
상대적으로 높은 초기 투자
구성 요소의 상대적으로 느린 생성
대형 시리즈의 경제적 생산 없음
장치의 상대적으로 작은 체적은 구성 요소의 가능한 최대 치수를 제한합니다
EBM 공정은보다 높은 밀도의 재료 결함을 생성하는데, 이는 예를 들어, B. 재료 강도가 낮다.
EBM 시스템의 최대 공급 업체이자 EBM 브랜드의 소유자는 스웨덴 회사 Arcam AB입니다.
과학 기술
순수 금속에서 분말 상태로 직접 시작하는이 공정은 완성 및 무공해 부품을 생산할 수 있습니다 (2011 년 SLM 모델 (금속 기반 3D 프린터)이 출시 될 때까지이 기술의 마지막 특징 ” 선택적 레이저 용융 (selective Laser Melting) “)은 여전히 고밀도 성능을 달성 할 수 없었으며, 이제 SLM 기술은 EBM 공정에 접근하는 성능을 달성했다. 제조 공정은 약 0.1 ㎜의 두께에서 주조 용적이 80 cm3 / h 이하가되도록 진공하에 용융 될 재료의 분말 층을 배치하는 것을 포함한다. 진공 상태에서 작업하고 공기가 없을 때 원치 않는 화합물을 생성하는 산소와 즉시 반응하는 물질에 대한 작업도 가능합니다.
3D CAD 모델에서 데이터를 읽는 기계는 4 개의 섹터로 나뉩니다.
명령 (PC)
전력 (고전압)
전자 빔이 생성되는 대포 (음극관)
챔버 (일정 압력 (3 * 10 -5) 유지)
용융 공정은 전형적으로 700 내지 1,000 ℃의 온도에서 일어나며, 실질적으로 잔류 응력이없는 부품을 얻을 수 있고, 따라서 제조 후 후 열처리를 필요로하지 않는다.
EBM 기술은 스웨덴 회사 Arcam에 의해 개발되었습니다.
금속 분말 시스템
금속 분말은 열원으로서 전자 빔을 사용하여 고체 질량으로 통합 될 수있다. 부품은 금속 분말을 고 진공 하에서 전자 빔으로 층별로 용융시켜 제조한다.
이 분말 베드 방법은 표적 물질의 특성을 갖는 금속 분말로부터 직접 완전히 조밀 한 금속 부품을 생산합니다. EBM 기계는 3D CAD 모델에서 데이터를 읽고 분말 재료의 연속 층을 배치합니다. 이 층들은 컴퓨터로 제어되는 전자 빔을 이용하여 함께 용해됩니다. 이 방법으로 부품을 만듭니다. 이 공정은 진공 하에서 수행되어, 산소와의 높은 친 화성을 갖는 반응성 재료에서 부품을 제조하는 데 적합하다. 티탄. 이 공정은 고온 (최대 1000 ° C)에서 작동하는 것으로 알려져있어 응고 및 고체 상태 변형을 통해 상이 형성 될 수 있습니다.
분말 공급 원료는 전형적으로 혼합물과는 반대로 예비 합금화되어있다. 이러한 측면은 SLS 및 DMLS와 같은 경쟁 기술이 제조 후 열처리를 필요로하는 선택적 레이저 용융 (SLM)을 통한 EBM의 분류를 허용합니다. SLM 및 DMLS와 비교하여 EBM은 높은 에너지 밀도 및 스캐닝 방법으로 인해 일반적으로 우수한 빌드 율을 갖습니다.
연구 개발
최근 연구는 ORNL에 의해 발표되었으며 EBM 기술을 사용하여 Inconel의 결정 학적 결정립 방향을 제어하고 있습니다. 다른 주목할만한 발전은 구리, 니오브, Al 2024, 벌크 금속 유리, 스테인레스 스틸 및 티타늄 알루미나 이드와 같은 합금으로 부품을 생산하기위한 공정 변수의 개발에 초점을두고 있습니다. 현재 상업용 순수 티타늄, Ti-6Al-4V, CoCr, Inconel 718, Inconel 625 등이 상업적으로 판매되고있다.
금속 와이어 기반 시스템
다른 접근법은 전자 빔을 사용하여 표면 상에 용접 와이어를 용융시켜 부품을 형성시키는 것이다. 이것은 융착 모델링의 일반적인 3D 프린팅 프로세스와 유사하지만 플라스틱이 아닌 금속을 사용합니다. 이 과정에서 전자 빔 건은 일반적으로 와이어 인 금속 공급 원료를 녹이는 데 사용되는 에너지 원을 제공합니다. 전자 빔은 수천 헤르쯔의 속도로 전자기 코일을 사용하여 정밀하게 집속 및 편향 될 수있는 매우 효율적인 동력원입니다. 일반적인 전자빔 용접 시스템은 30kW 및 42kW 시스템이 가장 일반적으로 사용되는 높은 전력 가용성을 갖추고 있습니다. 전자빔에 금속 부품을 사용하는 주된 이점은 공정이 1 × 10-4 Torr 이상의 고진공 환경에서 수행되어 추가 불활성 가스를 일반적으로 사용하지 않아도되는 오염이없는 작업 영역을 제공한다는 것입니다 레이저 및 아크 기반 프로세스에 사용됩니다. EBDM을 사용하면 공급 원료가 전자 빔에 의해 생성 된 용융 풀로 공급됩니다. CNC (Computer Numerical Control)를 사용하여 용융 풀을 기판 판 위로 이동시켜 거의 그물 모양을 생성하는 데 필요한 위치에 재료를 추가합니다. 이 프로세스는 원하는 3D 모양이 생성 될 때까지 레이어 단위로 반복됩니다.
제조되는 부품에 따라, 증착 속도는 시간당 200 입방 인치 (3,300 cm3)의 범위 일 수 있습니다. 티타늄과 같은 가벼운 합금의 경우, 이는 시간당 40 파운드 (18kg)의 실시간 증착 속도로 해석됩니다. 다양한 범위의 엔지니어링 합금은 EBDM 공정과 호환되며 기존 공급 기반의 용접 와이어 형태로 즉시 사용할 수 있습니다. 여기에는 스테인레스 강, 코발트 합금, 니켈 합금, 구리 니켈 합금, 탄탈륨, 티타늄 합금뿐만 아니라 많은 고 부가가치 소재가 포함됩니다.
시장
티타늄 합금은이 기술과 함께 널리 사용되어 의료용 임플란트 시장에 적합한 선택입니다.
CE 인증 비구컵은 유럽의 정형 외과 임플란트 제조업체 인 Adler Ortho와 Lima Corporate에 의해 2007 년부터 EBM과 직렬 생산됩니다.
미국의 임플란트 제조업체 인 Exactech도 EBM 기술로 제조 된 비구컵에 대해 FDA 허가를 받았습니다.
항공 우주 및 기타 고도로 까다로운 기계 응용 분야도 목표로하고 있습니다. 러더퍼드 (Rutherford) 로켓 엔진을 참조하십시오.
EBM 공정은 감마 티타늄 알루미나 이드 제조 부품 개발을 위해 개발되었으며 현재 가스 터빈 엔진 용 γ-TiAl의 터빈 블레이드 생산을 위해 Avio S.p.A. 및 General Electric Aviation에서 개발 중입니다.