Che cos'è la fusione del fascio di elettroni?

La fusione del fascio di elettroni (EBM) è una tecnica in cui una parte della macchina viene fabbricata fondendo uno strato su uno strato di polvere per formare la forma desiderata. Questo rapido metodo di fabbricazione utilizza un fascio di elettroni nel vuoto per produrre la temperatura necessaria per fondere la polvere. Le parti costruite in questo modo sono in genere notevoli per avere caratteristiche fisiche più desiderabili rispetto alle parti costruite con altri metodi.

Per costruire un componente attraverso la fusione del fascio di elettroni, il materiale da lavorare viene posto in una camera a vuoto. La dimensione di questa camera determina la dimensione massima possibile del pezzo finito. Gli elettroni vengono quindi emessi da un filamento e accelerati a circa metà della velocità della luce. I campi magnetici focalizzano e indirizzano il raggio verso le posizioni necessarie. Quando gli elettroni si scontrano con particelle di polvere, la loro energia cinetica si trasforma in energia termica riscaldando così la polvere.

Poiché il raggio colpisce solo un'area molto superficiale sulla superficie del materiale, la parte viene costruita strato per strato. I computer sono in genere utilizzati per controllare la posizione e il tempo di permanenza del raggio, anche se a volte un operatore che supervisiona il processo lo regola. Gli schemi tridimensionali di progettazione assistita da computer forniscono le informazioni dimensionali necessarie per dirigere il fascio.

EBM è spesso indicato come un tipo di metodo di produzione rapida noto come produzione additiva. Tali processi forniscono quantità precise di energia e materiale in posizioni precise per sviluppare la struttura desiderata. Anziché utilizzare uno stampo per definire la forma del pezzo, le tecniche di produzione additiva utilizzano un modello digitale tridimensionale per specificarne la forma.

I metalli sono i materiali più tipici utilizzati per costruire componenti con fusione del fascio di elettroni. Altri materiali, tuttavia, vengono talvolta utilizzati, come la ceramica e i compositi ceramica-metallo. La fusione del fascio di elettroni è particolarmente adatta all'uso con materiali che reagiscono con l'ossigeno poiché la fabbricazione avviene in una camera a vuoto.

Ci sono una serie di vantaggi associati alla fusione del fascio di elettroni. Grazie all'elevata energia coinvolta, questa tecnologia consente un'elevata capacità di fusione e un'elevata produttività. EBM può produrre componenti di geometrie estremamente complesse. Le parti risultanti sono generalmente note per la loro densità estremamente elevata e la mancanza di vuoti nella struttura.

Le temperature estremamente elevate tipicamente coinvolte nel processo spesso producono parti metalliche con caratteristiche metallurgiche simili ai componenti trattati termicamente. Ad esempio, i prodotti di questo metodo hanno generalmente una resistenza maggiore e uno stress residuo minimo o nullo rispetto ai prodotti di altri metodi di fabbricazione. Ciò spesso riduce i tempi di produzione evitando ulteriori operazioni di trattamento termico dopo la costruzione del pezzo.

I componenti fabbricati con fusione a fascio di elettroni si trovano in un'ampia varietà di applicazioni. La sua idoneità all'uso con leghe reattive di titanio significa che la fusione del fascio di elettroni viene spesso utilizzata per costruire componenti in titanio leggero come gli impianti medici. Noto per la produzione di parti ad alta resistenza e buona qualità metallurgica, viene spesso utilizzato per produrre parti ad alte prestazioni. Ad esempio, viene utilizzato per fabbricare articoli quali pale di turbine per applicazioni aerospaziali e telai di veicoli utilizzati negli sport motoristici.

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