Pencetak 3D Logam Rasuk Elektron (Mesin Pembuatan Tambahan)

Klasifikasi pencetak 3D logam

Pencetak 3D logam dikelaskan seperti berikut, mengikut jenis bahan, sumber haba dan kaedah binaan. Kaedah JAM-5200EBM yang dikeluarkan oleh JEOL dikelaskan sebagai kaedah dasar serbuk berkas elektron (EBM atau EB-PBF).

Sila semak lajur berikut untuk ciri setiap jenis pencetak 3D logam dan pembuatan aditif (AM).

Apakah pencetak 3D logam rasuk elektron?

Pencetak 3D logam pancaran elektron ialah mesin pembuatan aditif yang membina bahagian 3D daripada serbuk logam, biasanya menggunakan kaedah katil serbuk. Dalam kebuk vakum, lapisan bahan mentah serbuk logam tersebar. Kemudian kawasan yang akan dibina dicairkan secara terpilih menggunakan sumber haba, seperti pancaran elektron. Selepas itu, satu lagi lapisan serbuk logam dihamparkan dan dicairkan, dengan itu lapisan ditambah secara berterusan (pembuatan tambahan). Bahagian itu diekstrak dengan mengeluarkan serbuk tambahan yang mengelilingi bahagian tersebut.

Struktur pencetak 3D logam pancaran elektron

Sumber pancaran elektron pencetak 3D logam pancaran elektron terdiri terutamanya daripada sumber elektron, kanta medan magnet dan gegelung pesongan. Elektron yang dipancarkan daripada katod (sumber elektron) dipercepatkan dengan voltan tinggi dan terpeluwap menjadi rasuk oleh kanta medan magnet. Di samping itu, gegelung pesongan digunakan untuk menggerakkan pancaran elektron yang difokuskan ke tempat ke kedudukan sewenang-wenangnya dan melakukan pengimbasan.
Di dalam kebuk vakum, terdapat corong serbuk yang menyimpan serbuk logam dan mengeluarkannya di bawah, alat semula yang menolak serbuk logam yang dinyahcas ke atas meja binaan dan melicinkannya, dan perisai haba yang mengekalkan suhu permukaan binaan dan menghalang pemendapan logam pada persekitaran. Terdapat juga pemacu paksi Z yang boleh menggerakkan permukaan binaan (plat asas) ke atas atau ke bawah, dan tangki binaan yang boleh menyimpan bahagian yang dicairkan dan disinter pada plat asas dan serbuk logam di sekelilingnya dengan menurunkan pemacu paksi Z.

Proses binaan dalam kaedah katil serbuk berkas elektron

4 langkah berikut membentuk proses utama kaedah katil serbuk rasuk elektron.

Data reka bentuk digital 3D dimuatkan ke dalam perisian khusus. Bahan sokongan ditetapkan, dan data kepingan 2D untuk setiap lapisan dan keadaan penyinaran pancaran elektron disediakan.

Data yang disediakan dimuatkan ke dalam pencetak 3D dan pencetak 3D dipindahkan.

Pengimbasan pancaran elektron memanaskan keseluruhan plat asas.

Langkah 1: Menurunkan peringkat paksi-Z

Plat asas (peringkat paksi-Z) dalam tangki binaan berkurangan sebanyak satu lapisan.

Langkah 2: Tabur serbuk

Recoater bergerak ke kanan dan ke kiri untuk meratakan serbuk logam untuk membentuk katil serbuk.

Langkah 3: Prapemanasan (keseluruhan permukaan katil serbuk)

Rasuk elektron disinari ke atas seluruh permukaan dasar serbuk kawasan binaan pada kelajuan tinggi untuk memanaskan serbuk logam. Prapemanasan ini mengikat ringan serbuk logam bersama-sama dan menghalang serbuk daripada berselerak semasa pembinaan.

Langkah 4: Pencairan (kawasan binaan)

Kawasan yang akan dibina disinari secara selektif dengan pancaran elektron untuk memanaskannya, mencairkan dan memejalkan serbuk logam.

Proses ini diulang untuk membentuk struktur 3D berdasarkan data 3D, lapisan demi lapisan.

Selepas lapisan akhir dibina, keseluruhan isipadu binaan di dalam tangki binaan disejukkan dan pencetak 3D logam dibuang. Bahagian itu dikeluarkan sebagai jisim yang dikelilingi oleh serbuk tersinter sementara (kek serbuk). Bahagian dalam diekstrak dengan meletupkan serbuk tersinter sementara dengan sistem pemulihan serbuk (PRS).

Kelebihan menggunakan pancaran elektron sebagai sumber haba

• Kuasa tinggi

  Sumber pancaran elektron berkuasa tinggi 4.5 kW hingga 6 kW dipasang sebagai sumber elektron secara umum untuk membolehkan binaan berkelajuan pantas dan binaan logam refraktori.

• Kecekapan penghantaran yang tinggi

  Rasuk elektron membolehkan penghantaran tenaga yang sangat cekap kerana tiada komponen optik yang memperkenalkan kehilangan tenaga antara katod (sumber elektron) dan sasaran penyinaran.

• Kadar penukaran tenaga yang tinggi

  Rasuk elektron ialah aliran elektron berkelajuan tinggi, dan tenaga kinetiknya ditukar kepada tenaga haba apabila disinari ke sasaran. Walaupun kadar penyerapan laser (suatu bentuk cahaya) berbeza bergantung pada pantulan bahan yang berbeza, kecekapan penukaran haba bagi pancaran elektron adalah setinggi 80% atau lebih tanpa mengira bahan.

• Pengimbasan berkelajuan tinggi

  Memandangkan kedudukan penyinaran pancaran elektron dikawal secara elektrik dengan menggunakan gegelung elektromagnet, pengimbasan berkelajuan tinggi boleh dilakukan. Dengan sumber rasuk elektron yang digunakan dalam pembuatan bahan tambahan logam, adalah mungkin untuk menggerakkan rasuk elektron pada kelajuan melebihi 1,000 m/s.

• Memanaskan badan

  Oleh kerana pancaran elektron membolehkan pengimbasan berkuasa tinggi dan berkelajuan tinggi, permukaan katil serbuk pada plat asas boleh dipanaskan dari beberapa ratus ℃ hingga lebih 1000 ℃ dalam masa yang singkat. Langkah prapemanasan ini boleh mengurangkan tegasan baki pada bahagian yang dibina untuk membantu memperbaiki sifat mekanikal dan menyekat ubah bentuk atau keretakan bahagian yang dibina.

• Memproses dalam vakum

  Penyinaran pancaran elektron dilakukan dalam vakum. Langkah pemprosesan vakum ini boleh mengurangkan kemasukan kekotoran dalam proses lebur logam, menghasilkan binaan berkualiti tinggi. Walau bagaimanapun, sesetengah pencetak 3D logam pancaran elektron memerlukan pengenalan gas lengai semasa pembinaan.

Bina bahan untuk pencetak 3D logam pancaran elektron

Oleh kerana kaedah pancaran elektron sesuai untuk binaan menggunakan pelbagai logam, bahan digunakan mengikut bidang perindustrian.

• Aloi titanium: Penerbangan dan Aeroangkasa/Bioperubatan
• Aloi berasaskan nikel: Penerbangan dan Aeroangkasa/Penjanaan Kuasa
• Kuprum tulen: Gegelung/Bahagian Konduktif/Penukar Haba

Kesimpulan

Pencetak 3D Electron Beam Metal menggunakan persekitaran vakum dan pancaran elektron berketumpatan tinggi tenaga untuk mencapai binaan berketumpatan tinggi menggunakan logam aktif dan refraktori. Proses panas dengan pemanasan awal boleh meminimumkan herotan bahagian. Pencetak 3D logam pancaran elektron telah membina rekod prestasi yang kukuh terutamanya dalam binaan menggunakan bahan keras mesin seperti aloi titanium, aloi berasaskan nikel dan tungsten yang diperlukan dalam industri aeroangkasa, perubatan dan tenaga.

Pada masa hadapan, fungsi ketepatan binaan dan pemantauan dijangka bertambah baik, yang membawa kepada peningkatan pelaksanaan di tapak pengeluaran. Di tapak pengeluaran yang mengutamakan kebolehpercayaan dan kecekapan pengeluaran komponen kompleks dan nilai tambah tinggi, pencetak 3D logam pancaran elektron dijangka semakin mengukuhkan kehadiran mereka sebagai teknologi strategik. JEOL akan terus menyokong pembangunan teknologi dengan menyepadukan teknologi pembuatan aditif yang berpotensi memacu inovasi dengan teknologi pengukuran dan analisis untuk memastikan kualiti yang konsisten.