Электронно-лучевая плавка как промышленная аддитивная технология
Electron Beam Melting (EBM) – это тип аддитивного производства, использующий в качестве сырья сыпучие порошки из титановых и кобальтовых сплавов. Электронно-лучевая плавка относится исключительно к промышленным методикам 3D-печати.
История и специфика технологии
Эта аддитивная технология основана на более ранней методике трехмерной печати – выборочном лазерном спекании (SLS). Различие состоит в том, что для плавления металлических порошков вместо лазера в ней используется луч высокоэнергетических электронов.
Электронно-лучевая плавка (EBM) была запатентована компанией Arcam AB, которая с 1997 года удерживает монополию в производстве аппаратов и сырья для данного типа печати.
Если рассматривать сам процесс EBM-производства, то его можно разделить на следующие этапы:
- создается цифровая 3D-модель необходимого изделия и загружается в аппарат;
- как только принтер будет заправлен сырьем, в производственную камеру поступит доза металлического порошка и при помощи валика распределится по ее плоскости;
- в соответствии с моделью, электронный излучатель (так называемая «электронная пушка») расплавляет необходимую часть сырья;
- далее готовая часть опускается, а на ее место поступает новый слой материалов, и процедура повторяется;
- когда изделие выплавлено, его изымают из камеры, а все оставшееся после этого сырье готово к повторному использованию.
Примечательно, что полученные в процессе EBM-печати объекты имеют лучшее разрешение, чем при SLS-производстве.
Преимущества и недостатки EBM-печати
Помимо более точной микроструктуры изделий (±0,2 мм на длине 100 мм), EBM-принтеры отличаются большей скоростью печати. Они предлагают печать со скоростью 55-80 см³/час против 2-20 см³/час, что доступно аналогичным по размеру SLS-аппаратам.
Отметим и температуру в камере EBM-машины, которая составляет 700-1000 °C. Благодаря ей все детали конструкции в процессе печати остаются разогретыми, а после остывают равномерно. Это, в свою очередь, гарантирует прочность изделий, так как не возникает внутреннего напряжения и усадки.
К другим плюсам методики относится возможность одновременной печати нескольких объектов, а также меньшая стоимость оборудования благодаря отсутствию дорогих лазерных зеркал и линз.
Что касается недостатков технологии, то к ним относят некоторую шероховатость готовых изделий и необходимость поглощающего покрытия, сдерживающего рентгеновское излучение, выделяемое во время электронной плавки металлов.
Применение технологии
EBM-принтерами от Arcam AB пользуются в десятке стран. У них есть две основные сферы применения.
Аэрокосмическая. Прочные и относительно легкие детали из титана и его сплавов, производимые по данной методике, пользуются популярностью в авиации и космонавтике. Для изготовления частей двигателей и несущих конструкций EBM применяют в летательных аппаратах агентства NASA, а также корпораций Boeing и Lockheed Martin.
Протезирование. Протезы и имплантаты, изготовленные при помощи электронно-лучевой плавки, оценены как достаточно точные, чтобы эффективно применяться в медицине. А благодаря высокой биосовместимости титана и кобальта, такие протезы абсолютно безопасны для организма человека.
Расходный материал в EBM-печати
Компания Arcam AB также выпускает сырье для своих аппаратных устройств. Оно делится на два типа, которые выпускаются в виде порошка с гранулами размером 45-100 мкм:
- титановые сплавы Ti6Al4V и Ti6Al4V ELI;
- кобальтовый сплав ASTM F75 CoCr.
Подписывайтесь на новости 3D Print Expo 2017 в Facebook и VK!
