Melyik alkalmasabb fém 3D nyomtatáshoz, porszívózáshoz vagy légáramlásos tisztításhoz?

一, Porszívózás technológia: az EBM folyamat fizikai alapja
1. Működésének fő módja
Az Electron Beam Melting (EBM) technológiában a nagy{0}}energiájú elektronsugarak vákuumban rétegenként olvasztják meg a fémport. Vákuumos rendszerének három fő feladata van:
Az elektronsugár útjának garanciája: 4 × 10 ⁻¹ Pa nagyvákuumban az elektronsugár átlagos szabad útja elérheti a több tíz métert. Ez megakadályozza az energia elvesztését, amikor a sugár gázmolekulákat ér, és biztosítja, hogy az olvadékmedence ± 0,2 mm-es pontosságú legyen.
Anyagok oxidációjának megelőzése: Vákuumban az aktív anyagok, például a titánötvözet (Ti6Al4V) oxidációs rátája 99,7%-kal csökken, és a por visszanyerési aránya az SLM módszernél alkalmazott 75%-ról 92%-ra emelkedik. Egy oldal nyomtatásának költsége 30%-kal csökken.
Jobb gáztalanító hatás: A vákuumkörnyezet 80%-kal csökkenti a gáz oldhatóságát az olvadékmedencében és a porozitást 0,5%-ról 0,02%-ra, ami nagymértékben növeli az alkatrészek kifáradási élettartamát.
2. Tervezze meg a berendezés üzembe helyezését
Például a németországi Pfeiffer Vacuum EBM rendszere három-szintű vákuumarchitektúrát használ:
A Roots szivattyú és a forgólapátos szivattyú együttesen durva szivattyúzást biztosít, mindössze 3 perc alatt csökkentve a kamrában a nyomást atmoszférikus nyomásról 10-1 Pa-ra.
Nagyvákuumszivattyúk csoportja: A molekuláris szivattyú és a titán-szublimációs szivattyú együtt működik, így 5 × 10-⁻⁵ Pa vákuumot hoznak létre, amely a legmagasabb EBM-igény az elektronsugár stabilitásához.
Szivárgáskereső rendszer: A hélium tömegspektrométer szivárgásérzékelő valós időben figyeli a kamra tömítettségét, és a kumulatív szivárgási sebességet 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s alatt tartja, hogy a nyomtatási folyamatot hosszú ideig stabilan tartsa.
3. A folyamat korlátai
Alapvetően három módon korlátozható a porszívó tisztítása:
A berendezések költsége magas: A nagyvákuumú rendszerek az EBM-berendezések összköltségének 40%-át teszik ki, a karbantartási költségek pedig 2,3-szor nagyobbak, mint az SLM eljárásoknál.
Korlátozott anyagfelhasználhatóság: csak elektronsugaras olvasztási eljárással működik, lézeres olvasztási technológiákkal, mint például az SLM, nem.
A gyártási ciklus korlátozása: A vákuumszivattyúzás az egydarabos gyártási ciklus 25%-át teszi ki, ami nagy mennyiségek gyártása esetén sokkal kevésbé hatékony.
2, Airflow tisztítási technológia: nagy előrelépés az LPBF folyamatban
1. Új ötletek a technológiában
Az EOS az AirSword-ot nagyméretű LPBF (lézerporágy-olvasztó) gépekhez gyártotta. A légáramlás-szabályozó rendszer három nagy fejlesztést hajt végre a folyadékdinamika optimalizálásával:
Laminarizációs kialakítás: Az egyenirányító csatornák és a légterelő bordák keverékének használatával a légáramlási sebesség szórása a szokásos 1,2 m/s-ról 0,3 m/s-ra csökken, megszabadulva az üregben lévő örvényzónától.
Termodinamikai szabályozás: A bordákban keringő hűtőfolyadék található, amely megakadályozza, hogy a légáram hőmérséklete 5 Celsius-foknál nagyobb mértékben megváltozzon. Ez megakadályozza, hogy a por a termikus igénybevétel miatt összetapadjon.
Számos fizikai mező összekapcsolása: CFD-szimulációt alkalmaztak a légcsatorna szerkezetének javítására, ami 98,7%-os füst- és poreltávolítási hatékonyságot eredményezett egy 1,5m × 1,5m-es épületterületen. Ez 42%-kal jobb, mint a régi keresztszellőztetési mód.
2. Példák mérnöki megvalósításra
AMCM M8K berendezés használatakor az AirSword™ rendszer számos előnnyel jár:
Az optikai rendszer védelme: A védőlencse áteresztőképessége 200 óra folyamatos nyomtatás után is 99,2%-on marad. Ez azt jelenti, hogy a karbantartási ciklus ötször hosszabb ideig tart, mint a standard megoldások esetében.
A por jobb felhasználása: Az oxigénszint a kamrában stabilan 50 ppm alatt marad, ami 0,8%-ról 0,15%-ra csökkenti a nikkel-alapú ötvözetpor oxidációs sebességét.
Áttörés abban, hogy mennyi cuccot tudunk készíteni: Az 1 m 1 m 0,5 méteres repülési szerkezeti részek elkészítésének nyomtatási ciklusideje 72 órára csökkent, ami 35%-kal gyorsabb, mint a vákuum módszerrel.
3. Műszaki korlátok
A légáramlásos tisztítás használatát a következő tényezők korlátozzák:
Anyagtevékenység korlátozása: Az oxidációra nagyon érzékeny anyagok, például a titánötvözetek esetében inert gázzal történő védelem szükséges (pl. argon parciális nyomás 99,999%), ami növeli az üzemeltetési költségeket.
A tömítő berendezésekkel szemben támasztott követelmények: Annak érdekében, hogy a külső részecskék ne kerülhessenek be, és ne keveredjenek bele a levegőáramba, a légcsatorna rendszernek IP67 védettségűnek kell lennie.
Épületek mérethatára: Ha az épület területe nagyobb, mint 2m 2m, és a légáramlási csatorna hossza meghaladja a folyadékmechanika kritikus értékét, partícionált független szélmező tervezésre van szükség.
3, Döntési mátrix a folyamatok adaptálhatóságához
Értékelési dimenzió: Légáramlásos tisztítási technológia, porszívózási technológia
Használható eljárási elektronsugaras olvasztás (EBM) és lézerporágy-olvasztás (LPBF)
Anyagok alkalmazkodóképessége: Aktív anyagok, például titánötvözetek és kobalt-krómötvözetek, valamint normál anyagok, például alumíniumötvözetek és rozsdamentes acél
Az épület mérete 0,35m 0,35m 0,38m és 1m 1m 0,5m között legyen (nagyobbítható).
Magas felszerelési költség (a berendezés összköltségének 40%-a)
Alacsony termelési hatékonyság (25%-os hőfokhasználat) és magas (folyamatos működés)
Néhány általánosan használható hely a repülőgépmotorok turbinalapátjain, az orvosi implantátumokon, a repülőgépek hatalmas szerkezeti részein és az autók öntőformáján.