Was ist Elektronenstrahlschmelzen?
Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist eine Technik, bei der ein Maschinenteil hergestellt wird, indem Schicht für Schicht Pulver geschmolzen wird, um die gewünschte Form zu bilden. Dieses schnelle Herstellungsverfahren verwendet einen Elektronenstrahl in einem Vakuum, um die notwendige Temperatur zum Schmelzen des Pulvers zu erzeugen. Auf diese Weise hergestellte Teile zeichnen sich typischerweise durch wünschenswertere physikalische Eigenschaften aus als mit anderen Verfahren hergestellte Teile.
Um ein Bauteil durch Elektronenstrahlschmelzen aufzubauen, wird das zu bearbeitende Material in eine Vakuumkammer gegeben. Die Größe dieser Kammer bestimmt die maximal mögliche Größe des Fertigteils. Elektronen werden dann von einem Filament emittiert und auf ungefähr die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Magnetfelder fokussieren und lenken den Strahl zu den notwendigen Stellen. Wenn die Elektronen mit Pulverteilchen kollidieren, wird ihre kinetische Energie in thermische Energie umgewandelt, wodurch das Pulver erwärmt wird.
Da der Strahl nur einen sehr flachen Bereich an der Materialoberfläche berührt, wird das Teil Schicht für Schicht aufgebaut. Computer werden normalerweise verwendet, um den Ort und die Verweilzeit des Strahls zu steuern, obwohl ein Bediener, der den Prozess überwacht, ihn manchmal anpasst. Dreidimensionale computergestützte Konstruktionsschemata liefern die zum Lenken des Strahls erforderlichen Maßinformationen.
EBM wird häufig als eine Art Schnellfertigungsverfahren bezeichnet, das als additive Fertigung bekannt ist. Solche Prozesse liefern präzise Mengen an Energie und Material an präzise Orte, um die gewünschte Struktur zu entwickeln. Anstatt eine Form zum Definieren der Form des Teils zu verwenden, verwenden additive Fertigungstechniken eine dreidimensionale digitale Blaupause, um die Form des Teils festzulegen.
Metalle sind die typischsten Werkstoffe für die Herstellung von Bauteilen mit Elektronenstrahlschmelze. Manchmal werden jedoch auch andere Materialien verwendet, beispielsweise Keramik und Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe. Das Elektronenstrahlschmelzen eignet sich besonders für Materialien, die mit Sauerstoff reagieren, da die Herstellung in einer Vakuumkammer erfolgt.
Das Elektronenstrahlschmelzen bietet eine Reihe von Vorteilen. Aufgrund der hohen Energie ermöglicht diese Technologie eine hohe Schmelzkapazität und eine hohe Produktivität. EBM kann Bauteile mit extrem komplexen Geometrien herstellen. Resultierende Teile sind im Allgemeinen für ihre extrem hohe Dichte und das Fehlen von Hohlräumen in der Struktur bekannt.
Die im Prozess typischerweise extrem hohen Temperaturen führen häufig zu Metallteilen mit ähnlichen metallurgischen Eigenschaften wie bei wärmebehandelten Bauteilen. Beispielsweise weisen Produkte dieses Verfahrens im Vergleich zu Produkten anderer Herstellungsverfahren im Allgemeinen eine höhere Festigkeit und eine geringe bis keine Restspannung auf. Dies reduziert häufig die Produktionszeit, indem zusätzliche Wärmebehandlungsvorgänge nach dem Bau des Teils vermieden werden.
Durch Elektronenstrahlschmelzen hergestellte Bauteile finden sich in einer Vielzahl von Anwendungen. Aufgrund seiner Eignung für reaktive Titanlegierungen wird das Elektronenstrahlschmelzen häufig zur Herstellung von leichten Titanbauteilen wie medizinischen Implantaten verwendet. Bekannt für die Herstellung von Teilen mit hoher Festigkeit und guter metallurgischer Qualität, wird es auch häufig zur Herstellung von Hochleistungsteilen verwendet. Beispielsweise werden damit Artikel wie Turbinenschaufeln für Luft- und Raumfahrtanwendungen und Fahrzeugrahmen für den Motorsport hergestellt.