Kumpi sopii paremmin metallin 3D-tulostukseen, imurointiin tai ilmavirtapuhdistukseen?

一, Imurointitekniikka: EBM-prosessin fyysinen perusta
1. Pääasiallinen toimintatapa
Electron Beam Melting (EBM) -tekniikassa korkean{0}}energiset elektronisäteet sulattavat metallijauheita kerros kerrallaan tyhjiössä. Sen tyhjiöjärjestelmällä on kolme päätehtävää:
Elektronisuihkupolun takuu: Korkeassa tyhjiössä 4 × 10 ⁻¹ Pa elektronisäteen keskimääräinen vapaa reitti voi olla kymmeniä metrejä. Tämä estää energiaa katoamasta säteen osuessa kaasumolekyyleihin ja varmistaa, että sulamisallas on ± 0,2 mm:n tarkkuudella.
Materiaalien hapettumisen estäminen: Tyhjössä aktiivisten materiaalien, kuten titaaniseoksen (Ti6Al4V) hapettumisnopeus laskee 99,7 % ja jauheen talteenottoaste nousee SLM-menetelmän 75 %:sta 92 %:iin. Yhden sivun tulostuskustannukset laskevat 30 %.
Parempi kaasunpoistovaikutus: Tyhjiöympäristö alentaa kaasun liukoisuutta sulatealtaassa 80 % ja huokoisuutta 0,5 %:sta SLM:stä 0,02 %:iin, mikä lisää huomattavasti osien väsymisikää.
2. Suunnittele laitteiden käyttöönotto
Esimerkiksi saksalaisen Pfeiffer Vacuumin EBM-järjestelmä käyttää kolmi-tasoista tyhjiöarkkitehtuuria:
Roots-pumppu ja pyörivä siipipumppu toimivat yhdessä ja tarjoavat karkean pumppauksen alentaen kammion paineen ilmanpaineesta 10⁻¹ Pa:iin vain 3 minuutissa.
Suurtyhjiöpumppujen ryhmä: Molekyylipumppu ja titaanisublimaatiopumppu toimivat yhdessä tuottaen 5 × 10⁻⁵ Pa:n tyhjiön, mikä on suurin elektronisuihkun stabiilisuuden tarve.
Järjestelmä vuotojen etsimiseen: Heliummassaspektrometrin vuodonilmaisin pitää silmällä kammion tiivistystä reaaliajassa ja pitää kumulatiivisen vuotonopeuden alle 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s pitääkseen tulostusprosessin vakaana pitkän ajan.
3. Prosessin rajoitukset
On olemassa kolme tapaa, joilla pölynimuripuhdistus on rajoitettu:
Laitteiden kustannukset ovat korkeat: Suurtyhjiöjärjestelmien osuus EBM-laitteiden kokonaiskustannuksista on 40 %, ja ylläpitokustannukset ovat 2,3 kertaa suuremmat kuin SLM-menettelyt.
Rajoitettu materiaalin sopeutumiskyky: se toimii vain elektronisuihkusulatusprosessin kanssa, ei lasersulatustekniikoiden, kuten SLM:n, kanssa.
Valmistussyklin rajoitus: Tyhjiöpumppaus vie 25 % yksittäisen kappaleen tuotantosyklistä, mikä tekee siitä paljon tehottomamman suuria määriä valmistettaessa.
2, Airflow-puhdistustekniikka: iso askel eteenpäin LPBF-prosessissa
1. Uusia ideoita teknologiassa
EOS valmisti AirSwordin suurille LPBF-koneille (laser pulverisulatus). Ilmavirran hallintajärjestelmä tekee kolme suurta parannusta optimoimalla nestedynamiikan:
Laminointisuunnittelu: Tasasuuntaajakanavien ja ilmanohjainripojen sekoituksella ilmavirran nopeuden keskihajonnan pienennetään tavanomaisesta 1,2 m/s arvoon 0,3 m/s, jolloin ontelon sisällä oleva pyörrealue saadaan eroon.
Termodynamiikan säätö: Ripeissä on kiertävä jäähdytysneste, joka pitää ilmavirran lämpötilan muuttumasta yli 5 celsiusastetta. Tämä estää jauhetta paakkuuntumasta yhteen lämpörasituksen vuoksi.
Monien fyysisten kenttien kytkentä: Ilmakanavarakenteen parantamiseen käytettiin CFD-simulaatiota, mikä johti 98,7 %:n savun ja pölynpoistotehokkuuteen 1,5 m × 1,5 m rakennusalueella. Tämä on 42 % parempi kuin vanha ristituuletustapa.
2. Esimerkkejä teknisestä toteutuksesta
AMCM M8K -laitteita käytettäessä AirSword™-järjestelmässä on monia etuja:
Optisen järjestelmän suojaus: Suojalinssin läpäisykyky pysyy 99,2 %:ssa jopa 200 tunnin jatkuvan tulostuksen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että huoltojakso kestää viisi kertaa pidempään kuin standardiratkaisuilla.
Parempi jauheen käyttö: kammion happitaso pysyy vakaana alle 50 ppm:ssä, mikä alentaa nikkeli-pohjaisen seosjauheen hapettumisnopeutta 0,8 %:sta 0,15 %:iin.
Läpimurto siinä, kuinka paljon tavaraa voimme valmistaa: 1m 1m 0,5m suuruisten ilmailun rakenneosien valmistuksen painatusaika lyheni 72 tuntiin, mikä on 35 % nopeampi kuin tyhjiömenetelmällä.
3. Tekniset rajat
Ilmavirtapuhdistuksen käyttöä rajoittavat seuraavat tekijät:
Materiaaliaktiivisuuden rajoitus: Hapettumisherkille materiaaleille, kuten titaaniseoksille, tarvitaan suojaus inertillä kaasulla (kuten argonin osapaine 99,999 %), mikä nostaa käyttökustannuksia.
Vaatimukset tiivistyslaitteille: Jotta ulkopuoliset hiukkaset eivät pääse sisään ja sotkeutuisi ilmavirran kanssa, ilmakanavajärjestelmällä on oltava IP67-suojausluokka.
Rakennusten kokoraja: Jos rakennuspinta-ala on yli 2m 2m ja ilmavirtauskanavan pituus ylittää nestemekaniikan kriittisen arvon, tarvitaan osioitu riippumaton tuulikenttäsuunnittelu.
3, Päätösmatriisi prosessin mukautuvuuden kannalta
Arviointiulottuvuus: Ilmavirran puhdistustekniikka, pölynimuritekniikka
Käyttökelpoinen prosessi elektronisuihkusulatus (EBM) ja laserjauhepetisulatus (LPBF)
Materiaalien sopeutumiskyky: Aktiiviset materiaalit, kuten titaaniseokset ja kobolttikromiseokset, ja tavalliset materiaalit, kuten alumiiniseokset ja ruostumaton teräs
Rakennuksen koon tulee olla välillä 0,35m 0,35m 0,38m ja 1m 1m 0,5m (voidaan tehdä isommaksi).
Korkeat laitekustannukset (40 % laitteiden kokonaiskustannuksista)
Matala tuotantotehokkuus (25 % hoover-käyttö) ja korkea (kyky toimia koko ajan)
Joitakin yleisiä käyttöpaikkoja ovat lentokoneiden moottoreiden turbiinien siivet, lääketieteelliset implantit, lentokoneiden valtavat rakenneosat ja autojen muotit.