Wat is meer geschikt voor 3D-printen van metaal, stofzuigen of luchtstroomreiniging?

一, Stofzuigtechnologie: de fysieke basis van het EBM-proces
1. Belangrijkste manier waarop het werkt
Bij de Electron Beam Melting-technologie (EBM) smelten elektronenstralen met hoge{0}}energie metaalpoeders laag voor laag in een vacuüm. Het vacuümsysteem heeft drie hoofdtaken:
Garantie van het elektronenbundelpad: In een hoog vacuüm van 4 × 10 ⁻¹ Pa kan het gemiddelde vrije pad van de elektronenbundel tientallen meters bedragen. Dit voorkomt dat de energie verloren gaat wanneer de straal gasmoleculen raakt en zorgt ervoor dat het smeltbad nauwkeurig is tot op ± 0,2 mm.
Voorkomen van oxidatie van materialen: In een vacuüm daalt de oxidatiesnelheid van actieve materialen zoals titaniumlegering (Ti6Al4V) met 99,7%, en het poederterugwinningspercentage stijgt van 75% in de SLM-methode naar 92%. De kosten voor het afdrukken van één pagina dalen met 30%.
Beter ontgassingseffect: de vacuümomgeving verlaagt de gasoplosbaarheid in het smeltbad met 80% en de porositeit van 0,5% van SLM naar 0,02%, wat de levensduur van de onderdelen aanzienlijk verlengt.
2. Plan voor het in gebruik nemen van de apparatuur
Het EBM-systeem van Pfeiffer Vacuum in Duitsland maakt bijvoorbeeld gebruik van een vacuümarchitectuur met drie- niveaus:
De Roots-pomp en de roterende schottenpomp zorgen samen voor ruw pompen, waardoor de druk in de kamer in slechts 3 minuten wordt verlaagd van atmosferische druk naar 10⁻¹ Pa.
Groep hoogvacuümpompen: De moleculaire pomp en de titaniumsublimatiepomp werken samen om een ​​vacuüm van 5 × 10⁻⁵ Pa te genereren, wat de hoogste EBM-behoefte is voor de stabiliteit van de elektronenbundel.
Systeem voor het opsporen van lekken: de lekdetector van de heliummassaspectrometer houdt de afdichting van de kamer in realtime in de gaten en houdt de cumulatieve lekkagesnelheid onder 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s om het printproces gedurende een lange periode stabiel te houden.
3. Grenzen aan het proces
Er zijn in wezen drie manieren waarop het reinigen van stofzuigers beperkt is:
De kosten van apparatuur zijn hoog: hoogvacuümsystemen vertegenwoordigen 40% van de totale kosten van EBM-apparatuur, en de onderhoudskosten zijn 2,3 keer hoger dan die van SLM-procedures.
Beperkt aanpassingsvermogen van het materiaal: het werkt alleen met het smeltproces met elektronenstralen en niet met lasersmelttechnologieën zoals SLM.
Beperking van de productiecyclus: Vacuümpompen neemt 25% van de productiecyclus van één stuk in beslag, waardoor het veel minder efficiënt is bij het produceren van grote hoeveelheden.
2, Airflow-reinigingstechnologie: een grote stap voorwaarts in het LPBF-proces
1. Nieuwe ideeën in technologie
EOS produceerde de AirSword voor grote LPBF-machines (laserpoederbedsmelten). Het luchtstroombeheersysteem maakt drie grote verbeteringen door de vloeistofdynamica te optimaliseren:
Laminarisatieontwerp: Door een mix van gelijkrichterkanalen en luchtgeleidingsvinnen te gebruiken, wordt de standaardafwijking van de luchtstroomsnelheid verlaagd van de gebruikelijke 1,2 m/s naar 0,3 m/s, waardoor de vortexzone in de holte wordt geëlimineerd.
Thermodynamische controle: In de vinnen circuleert koelvloeistof die ervoor zorgt dat de luchtstroomtemperatuur niet meer dan 5 graden Celsius verandert. Dit voorkomt dat poeder samenklontert als gevolg van thermische spanning.
Koppeling van veel fysieke velden: Er werd een CFD-simulatie gebruikt om de luchtkanaalstructuur te verbeteren, wat leidde tot een rook- en stofverwijderingseffectiviteit van 98,7% in een gebouwoppervlak van 1,5 x 1,5 meter. Dit is 42% beter dan de oude manier van dwarsventilatie.
2. Voorbeelden van technische implementatie
Bij gebruik van AMCM M8K-apparatuur biedt het AirSword™-systeem veel voordelen:
Bescherming voor het optische systeem: De transmissie van de beschermende lens blijft 99,2%, zelfs na 200 uur continu printen. Dit betekent dat de onderhoudscyclus vijf keer langer duurt dan bij standaardoplossingen.
Beter gebruik van poeder: het zuurstofniveau in de kamer wordt stabiel gehouden onder de 50 ppm, waardoor de oxidatiesnelheid van legeringspoeder op nikkel-basis wordt verlaagd van 0,8% naar 0,15%.
Doorbraak in hoeveel dingen we kunnen maken: de printcyclustijd voor het maken van structurele luchtvaartonderdelen van 1 m x 1 m x 0,5 m werd teruggebracht tot 72 uur, wat 35% sneller is dan de vacuümmethode.
3. Technische limieten
Het gebruik van luchtstroomreiniging wordt beperkt door de volgende factoren:
Beperking van de materiaalactiviteit: Voor materialen die zeer gevoelig zijn voor oxidatie, zoals titaniumlegeringen, is bescherming met een inert gas (zoals een partiële argondruk van 99,999%) nodig, wat de bedrijfskosten verhoogt.
Vereisten voor afdichtingsapparatuur: Om te voorkomen dat deeltjes van buitenaf binnendringen en de luchtstroom verstoren, moet het luchtkanaalsysteem een ​​IP67-beschermingsgraad hebben.
Groottelimiet voor gebouwen: Als de oppervlakte van het gebouw groter is dan 2m2m en de lengte van het luchtstroomkanaal groter is dan de kritische waarde van de vloeistofmechanica, is een gepartitioneerd, onafhankelijk windveldontwerp nodig.
3, Beslissingsmatrix voor procesaanpassingsvermogen
Evaluatiedimensie: luchtstroomreinigingstechnologie, stofzuigtechnologie
Bruikbaar proces Electron Beam Melting (EBM) en Laser Powder Bed Melting (LPBF)
Aanpassingsvermogen van materialen: Actieve materialen, zoals titaniumlegeringen en kobaltchroomlegeringen, en reguliere materialen, zoals aluminiumlegeringen en roestvrij staal
De grootte van het gebouw moet tussen 0,35 m 0,35 m 0,38 m en 1 m 1 m 0,5 m liggen (het kan groter gemaakt worden).
Hoge kosten van apparatuur (40% van de totale kosten van apparatuur)
Lage productie-efficiëntie (25% stofzuigergebruik) en hoog (mogelijkheid om de hele tijd te draaien)
Enkele veel voorkomende plaatsen om ze te gebruiken zijn op turbinebladen voor vliegtuigmotoren, medische implantaten, enorme structurele onderdelen voor vliegtuigen en mallen voor auto's.