ذوب پرتو الکترون پرینت سه بعدی

راهنمای کامل ذوب پرتو الکترون (EBM) در پرینت سه بعدی

ذوب پرتو الکترون پرینت سه بعدی چیست؟

ذوب پرتو الکترون پرینت سه بعدی، یک فرایند تولید سه بعدی است که در آن یک پودر فلز توسط یک پرتو پر انرژی از الکترون ها ذوب می شود. یک پرتو الکترون یک جریان الکترون تولید می کند که توسط یک میدان مغناطیسی هدایت می شود و لایه ای از فلز پودر شده ذوب می شود تا جسمی مطابق با مشخصات دقیق تعریف شده توسط یک مدل CAD ایجاد شود.

 تولید در یک محفظه خلاء صورت می گیرد تا از اکسیداسیون که می تواند مواد بسیار واکنش پذیر را به خطر بیاندازد محافظت کند. ذوب اشعه الکترون شبیه به ذوب لیزری انتخابی (SLM) است، زیرا هر دو از یک پودر از بستر پرینتر سه بعدی چاپ می کنند اما EBM به جای لیزر از پرتو الکترونی استفاده می کند.

EBM قطعاتی با استحکام بالا می سازد که بیشترین استفاده را از خواص فلزات مورد استفاده در این فرآیند می برد، ناخالصی هایی را که ممکن است هنگام استفاده از ریخته گری فلزات یا استفاده از سایر روش های ساخت جمع شود، حذف می کند. از این دستگاه برای چاپ اجزای کاربردهای هوافضا، خودرو، دفاع، پتروشیمی و پزشکی استفاده می شود.

تاریخچه چاپ EBM

در سال 1993، (Arcam ) با دانشگاه فناوری چالمرز در گوتنبرگ در ارائه درخواست برای ثبت اختراع در مورد اصول ( EBM) همکاری کرد. این فرایند با هدف ایجاد اشیا سه بعدی از طریق ذوب پودر رسانای الکتریکی، لایه به لایه، با یک پرتو الکتریکی ایجاد شد. در سال 1997، ( Arcam AB) تاسیس شد و این شرکت به توسعه ( EBM) و تجاری سازی چاپ ( EBM) ادامه داده است.

ذوب الکترونی (EBM) بخشی از خانواده هم جوشی بستر پودری است. برخلاف Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ، همانطور که از نامش مشخص است، از یک پرتو الکترونی برای ذوب ذرات فلزی و ایجاد لایه به لایه قسمت مورد نظر استفاده می کند. این فرآیند که توسط شرکت سوئدی (Arcam ) در سال 2002 به بازار عرضه شد، ایجاد ساختارهای پیچیده و بسیار مقاوم را امکان پذیر می سازد.  

بنابراین تفاوت اصلی با فناوری  ( LPBF ) منبع گرمای مورد استفاده است. در اینجا، یعنی فناوری ( EBM) از پرتو الکترونی تولید شده توسط تفنگ الکترونی استفاده می شود. در دومی الکترون ها را از یک رشته تنگستن تحت خلاء خارج می کنند و آنها را به صورت شتابدهی روی لایه پودر فلزی که بر روی صفحه ساخت پرینتر سه بعدی قرار گرفته است نشان می دهند. این الکترون ها سپس قادر خواهند بود پودر را به صورت انتخابی ذوب کرده و در نتیجه قطعه را تولید کنند.

فناوری EBM از پرتو الکترون

فرآیند ذوب پرتو الکترون

همه چیز با مدل سازی سه بعدی قسمتی که می خواهید ایجاد کنید شروع می شود. می توانید آن را با استفاده از نرم افزار CAD مدل سازی کنید، آن را با اسکن سه بعدی بدست آورید یا مدل دلخواه خود را بارگیری کنید. سپس مدل سه بعدی به یک نرم افزار برش، که اسلایسر نیز نامیده می شود، ارسال می شود که با توجه به لایه های فیزیکی پی در پی مواد رسوب شده آن را برش می دهد.

 سپس اسلایسر تمام این اطلاعات را مستقیماً به پرینتر سه بعدی ارسال می کند که می تواند روند تولید خود را آغاز کند. پودر فلزی را می توان در مخزن داخل دستگاه بارگیری کرد، که در لایه های نازکی که قبل از جوش خوردن توسط پرتو الکترون گرم می شوند، رسوب می کند. دستگاه این مراحل را تا آنجا که لازم است برای ایجاد کل قطعه تکرار می کند.

پس از اتمام فرآیند تولید، اپراتور قطعه را از دستگاه خارج کرده و پودر ذوب نشده را با یک تفنگ یا قلم مو خارج می کند. به دنبال آن، بهتر است پایه های چاپ را بردارید (در صورت استفاده از آنها) و قطعه را از صفحه ساخت جدا کنید. مراحل بعد از چاپ می تواند شامل ماشینکاری سطوح در تماس با سایر قطعات، پرداخت و غیره باشد. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد قطعه را در کوره به مدت چند ساعت گرم کنید تا تنش های ناشی از فرایند تولید آزاد شود.

توجه داشته باشید که کلیه مراحل تولید باید تحت خلاء انجام شود تا پرتو الکترون به درستی کار کند. این امر همچنین از اکسید شدن پودر هنگام گرم شدن جلوگیری می کند. در پایان فرآیند تولید، بخش بزرگی از پودر ذوب نشده مستقیما قابل استفاده مجدد است. به ویژه در بخش هوانوردی که اغلب اتفاق می افتد که تنها 20 درصد از مواد خریداری شده برای تولید قسمت نهایی استفاده می شود، بقیه با ماشینکاری حذف شده و برای بازیافت ارسال می شوند.

مواد و برنامه های کاربردی

از آنجا که این فرایند بر اساس اصل بارهای الکتریکی است، مواد مورد استفاده باید رسانا باشند. بدون این، هیچ برهم کنشی بین پرتو الکترون و پودر رخ نمی دهد. بنابراین ساخت قطعات پلیمری یا سرامیکی از نظر فنی با پرتو الکترونی غیرممکن است و فقط می توان از فلزات استفاده کرد. امروزه بیشتر از آلیاژهای تیتانیوم و کروم-کبالت استفاده می شود.

فناوری ( EBM) عمدتا در کاربردهای هوانوردی و پزشکی، به ویژه در طراحی ایمپلنت استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل خواص سازگاری زیستی و خواص مکانیکی آنها بسیار جالب توجه هستند و می توانند سبکی و استحکام را ارائه دهند. این فناوری به طور گسترده ای برای طراحی پره های توربین، به عنوان مثال، یا قطعات موتور استفاده میشود. فناوری ذوب پرتو الکترونی سریعتر از فناوری ( LPBF ) قطعات را ایجاد می کند، اما این فرآیند دقیق نیست و کیفیت نهایی آن پایین تر است زیرا پودر به صورت دانه است.

ایمپلنت های چاپ سه بعدی با فناوری EBM

لیزر یا پرتو الکترون؟

این سوال به طور مرتب توسط تولیدکنندگان علاقه مند به چاپ سه بعدی فلزی مطرح می شود. پاسخ عمدتا به برنامه های کاربردی مورد علاقه شما بستگی دارد، زیرا هر فرآیند دارای مزایا و محدودیت هایی است.

نقاط قوت

سرعت تولید: پرتو الکترونی می تواند پودر را در چندین مکان به طور همزمان گرم کند که به طور قابل توجهی سرعت تولید را افزایش دهد. از سوی دیگر، لیزر باید نقطه به نقطه سطح را اسکن کند.

نقاط ضعف

دقت: سطح پودر پرتو الکترونی، کمی گسترده تر از پرتو لیزر است که باعث کاهش دقت می شود.

اندازه قطعات قابل تولید: بزرگترین حجم ساخت (Arcam ) (در دستگاه Q20) نشان دهنده قطر 350 میلی متر و ارتفاع 380 میلی متر است. از سوی دیگر، دستگاه های لیزری (مانند X-Line of Concept Laser) حجم تولید را حداقل دو برابر بیشتر ارائه می دهند.

Arcam تنها تولید کننده چاپگرهای سه بعدی EBM

Arcam تنها تولید کننده چاپگرهای سه بعدی EBM است.

تفاوت بین ذوب اشعه الکترون (EBM) با ذوب لیزری انتخابی (SLM) چیست؟

ذوب شدن پرتو الکترون شبیه به (SLM ) است. زیرا هر دو از یک پودر از بستر پودر چاپگر سه بعدی چاپ می کنند، اما ( EBM) به جای فوتون های مورد استفاده در فرایند (SLM ) از الکترون ها استفاده می کند. در ( EBM)، پرتو الکترونی با انرژی بالا، لایه های فلز پودر را ذوب می کند تا در خلاء شکل ایجاد کند. در (SLM ) ، یک پرتو لیزر که فوتون ها را ساطع می کند، به هم پیوسته یا لایه هایی از فلزات پودر شده را برای سفت شدن فلز متصل می کند.

 (SLM ) نیازی به محیط خلاء ندارد. فناوری ذوب پرتوهای الکترونیکی اختصاصی است و پرینترهای  ( EBM) برای اجرای آنها به تکنسین های ماهر نیاز دارند. اگرچه ( EBM) می تواند بسیار سریعتر از (SLM ) (ذوب لیزری انتخابی) باشد، (SLM ) قطعات صاف و دقیق تری تولید می کند.

دمای مورد نیاز برای ( EBM) چیست؟

 از آنجا که ( EBM) اغلب در فلزات با نقطه ذوب بالا استفاده می شود، دمای حداکثر 2000 درجه سانتیگراد در فرآیند ذوب پرتو الکترون اندازه گیری شده است.

چرا فرایند EBM در خلا صورت می گیرد؟

 تصفیه فلزات در حرارت بالا باعث افزایش اکسیداسیون می شود که می تواند محصول نهایی را شکننده کند. از آنجا که فرایند ( EBM) در خلاء انجام می شود و دمای بالایی را در محیط بدون اکسیژن ایجاد می کند، تنش های داخلی را از بین می برد و در نتیجه قطعات انعطاف پذیری ایجاد می کند.

تفنگ پرتو الکترونی چگونه کار می کند؟

تفنگ پرتو الکترونی دارای رشته ای از تنگستن است که در صورت گرم شدن بیش از حد، جریانی از الکترون ها را از خود ساطع می کند که در خلاء تقریباً به نصف سرعت نور می رسد.

آیا می توان از ( EBM) در پلاستیک ها، فلزات و سرامیک استفاده کرد؟

از آنجا که  ( EBM) متکی به بارهای الکتریکی و دمای بسیار بالا است، می توان آن را فقط در مواد رسانا مانند فلزات استفاده کرد.

کدام یک برای نمونه سازی سریع بهتر است: SLS یا EBM؟

 از آنجا که پرتو الکترونی وسیع تر از پرتو لیزر است،  ( EBM) ممکن است قطعه ای کمتر از (SLS ) تولید کند اما در تولید اجسام بزرگتر سریعتر است.

منبع:   dnatives , markforged