Co to jest topienie wiązki elektronów?

Topienie wiązki elektronów (EBM) to technika, w której część maszyny jest wytwarzana przez topienie warstwa po warstwie proszku w celu uzyskania pożądanego kształtu. Ta metoda szybkiego wytwarzania wykorzystuje wiązkę elektronów w próżni do wytworzenia temperatury niezbędnej do stopienia proszku. Części skonstruowane w ten sposób zazwyczaj wyróżniają się bardziej pożądanymi właściwościami fizycznymi niż części skonstruowane innymi metodami.

Aby zbudować komponent poprzez topienie wiązki elektronów, obrabiany materiał umieszcza się w komorze próżniowej. Rozmiar tej komory określa maksymalny możliwy rozmiar gotowej części. Elektrony są następnie emitowane z żarnika i przyspieszane do około połowy prędkości światła. Pola magnetyczne skupiają i kierują wiązkę do niezbędnych miejsc. Kiedy elektrony zderzają się z cząstkami proszku, ich energia kinetyczna jest przekształcana w energię cieplną, ogrzewając w ten sposób proszek.

Ponieważ wiązka wpływa tylko na bardzo płytki obszar na powierzchni materiału, część jest budowana warstwa po warstwie. Komputery są zwykle używane do kontrolowania lokalizacji i czasu przebywania wiązki, chociaż operator nadzorujący proces czasami ją dostosowuje. Trójwymiarowe wspomagane komputerowo schematy projektowania dostarczają informacji wymiarowych niezbędnych do ukierunkowania wiązki.

EBM jest często określany jako rodzaj metody szybkiego wytwarzania znanej jako wytwarzanie addytywne. Takie procesy dostarczają precyzyjne ilości energii i materiału do precyzyjnych miejsc w celu opracowania pożądanej struktury. Zamiast używania formy do określania kształtu części, w technikach wytwarzania przyrostowego stosuje się trójwymiarowy plan cyfrowy w celu określenia jego kształtu.

Metale są najbardziej typowymi materiałami stosowanymi do budowy elementów z topieniem wiązki elektronów. Czasami jednak stosuje się inne materiały, takie jak ceramika i kompozyty ceramiczno-metalowe. Topienie wiązki elektronów jest szczególnie odpowiednie do stosowania z materiałami reagującymi z tlenem, ponieważ wytwarzanie odbywa się w komorze próżniowej.

Istnieje szereg zalet związanych z topieniem wiązki elektronów. Ze względu na dużą energię ta technologia pozwala na wysoką wydajność topienia i wysoką wydajność. EBM może produkować komponenty o bardzo skomplikowanej geometrii. Wynikowe części są ogólnie znane z ich wyjątkowo wysokiej gęstości i braku pustych przestrzeni w strukturze.

Niezwykle wysokie temperatury, zwykle związane z tym procesem, często wytwarzają części metalowe o podobnych właściwościach metalurgicznych do elementów poddanych obróbce cieplnej. Na przykład produkty tego sposobu mają na ogół wyższą wytrzymałość i niewielkie lub żadne naprężenie resztkowe w porównaniu z produktami innych metod wytwarzania. To często skraca czas produkcji, unikając dodatkowych operacji obróbki termicznej po zbudowaniu części.

Komponenty wytwarzane z topieniem wiązki elektronów znajdują szerokie zastosowanie. Jego przydatność do stosowania z reaktywnymi stopami tytanu oznacza, że ​​topienie wiązką elektronów jest często stosowane do budowy lekkich elementów tytanowych, takich jak implanty medyczne. Znany z produkcji części o wysokiej wytrzymałości i dobrej jakości metalurgicznej, jest również często wykorzystywany do produkcji części o wysokiej wydajności. Na przykład służy do wytwarzania takich elementów, jak łopatki turbin do zastosowań w lotnictwie i ramy pojazdów używanych w sportach motorowych.