מה מתאים יותר להדפסת תלת מימד מתכת, ניקוי אבק או ניקוי זרימת אוויר?

一, טכנולוגיית ניקוי אבק: הבסיס הפיזי של תהליך EBM
1. הדרך העיקרית שזה עובד
בטכנולוגיית Electron Beam Melting (EBM), קרני אלקטרונים באנרגיה גבוהה-ממיסות אבקות מתכת שכבה אחת בכל פעם בוואקום. למערכת הוואקום שלה שלוש תפקידים עיקריים:
ערבות לנתיב קרן האלקטרונים: בוואקום גבוה של 4 × 10 ⁻¹ Pa, הנתיב החופשי הממוצע של קרן האלקטרונים יכול להגיע לעשרות מטרים. זה מונע מהאנרגיה ללכת לאיבוד כאשר הקרן פוגעת במולקולות גז ומוודא שמאגר ההיתוך מדויק עד ± 0.2 מ"מ.
מניעת חמצון של חומרים: בוואקום, קצב החמצון של חומרים פעילים כמו סגסוגת טיטניום (Ti6Al4V) יורד ב-99.7%, ושיעור שחזור האבקה עולה מ-75% בשיטת SLM ל-92%. עלות הדפסת עמוד אחד יורדת ב-30%.
אפקט הסרת גז טוב יותר: סביבת הוואקום מורידה את מסיסות הגזים בבריכת ההיתוך ב-80% ואת הנקבוביות מ-0.5% מ-SLM ל-0.02%, מה שמגדיל מאוד את חיי העייפות של החלקים.
2. תכנן את כניסת הציוד לשימוש
לדוגמה, מערכת EBM מבית Pfeiffer Vacuum בגרמניה משתמשת בארכיטקטורת ואקום בשלוש רמות-:
משאבת ה-Roots ומשאבת השבשבת הסיבובית פועלות יחד כדי לספק שאיבה גסה, מורידה את הלחץ בתא מלחץ אטמוספרי ל-10⁻¹ Pa תוך 3 דקות בלבד.
קבוצת משאבות ואקום גבוה: המשאבה המולקולרית ומשאבת הסובלימציה של טיטניום פועלות יחד כדי ליצור ואקום של 5 × 10⁻⁵ Pa, שהוא ה-EBM הגבוה ביותר הדרוש ליציבות קרן אלקטרונים.
מערכת לאיתור דליפות: גלאי הדליפה של ספקטרומטר מסת הליום שומר על איטום החדר בזמן אמת ושומר על קצב הדליפה המצטבר מתחת ל-1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s כדי לשמור על יציבות תהליך ההדפסה לתקופה ארוכה.
3. מגבלות על התהליך
יש בעצם שלוש דרכים שבהן ניקוי הובר מוגבל:
עלויות הציוד גבוהות: מערכות ואקום גבוהות מייצגות עד 40% מהעלות הכוללת של ציוד EBM, והוצאות התחזוקה גדולות פי 2.3 מהליכי SLM.
יכולת הסתגלות מוגבלת לחומר: זה עובד רק עם תהליך המסת קרן אלקטרונים ולא עם טכנולוגיות המסת לייזר כמו SLM.
הגבלה על מחזור הייצור: שאיבת ואקום תופסת 25% ממחזור הייצור של חתיכה בודדת, מה שהופך אותה ליעילה הרבה פחות בעת ייצור כמויות גדולות.
2, טכנולוגיית ניקוי זרימת אוויר: צעד גדול קדימה בתהליך ה-LPBF
1. רעיונות חדשים בטכנולוגיה
EOS ייצרה את ה-AirSword עבור מכונות גדולות של LPBF (התכת מיטת אבקת לייזר). מערכת ניהול זרימת האוויר עושה שלושה שיפורים גדולים על ידי אופטימיזציה של דינמיקת הנוזלים:
עיצוב למינריזציה: על ידי שימוש בתערובת של תעלות מיישרים וסנפירים מובילי אוויר, סטיית התקן של מהירות זרימת האוויר יורדת מ-1.2 מטר/שניה הרגילה ל-0.3 מטר/שניה, ונפטרת מאזור המערבולת בתוך החלל.
בקרת תרמודינמיקה: הסנפירים מכילים נוזל קירור מסתובב בתוכם שמונע מטמפרטורת זרימת האוויר להשתנות ביותר מ-5 מעלות צלזיוס. זה מונע מהאבקה להתקבץ יחד עקב מתח תרמי.
צימוד של שדות פיזיים רבים: נעשה שימוש בסימולציית CFD לשיפור מבנה צינור האוויר, מה שהוביל ליעילות הסרת עשן ואבק של 98.7% בשטח בנייה של 1.5 מ' × 1.5 מ'. זה 42% טוב יותר מהדרך הישנה של אוורור צולב.
2. דוגמאות ליישום הנדסי
בעת שימוש בציוד AMCM M8K, מערכת AirSword™ מציגה הרבה יתרונות:
הגנה למערכת האופטית: השידור של עדשת המגן נשארת על 99.2% גם לאחר 200 שעות של הדפסה רצופה. המשמעות היא שמחזור התחזוקה נמשך פי חמישה יותר מאשר בפתרונות סטנדרטיים.
שימוש טוב יותר באבקה: רמת החמצן בתא נשמרת יציבה מתחת ל-50ppm, מה שמוריד את קצב החמצון של אבקת סגסוגת על בסיס ניקל- מ-0.8% ל-0.15%.
פריצת דרך בכמה דברים אנחנו יכולים לעשות: זמן מחזור ההדפסה לייצור חלקי מבנה תעופה בגודל 1 מ' 1 מ' 0.5 מ' קוצץ ל-72 שעות, שזה מהיר ב-35% משיטת הוואקום.
3. מגבלות טכניות
השימוש בניקוי זרימת אוויר מוגבל על ידי הגורמים הבאים:
הגבלה בפעילות החומר: לחומרים הרגישים מאוד לחמצון, סגסוגות טיטניום כאלה, יש צורך בהגנה בגז אינרטי (כמו לחץ חלקי של ארגון 99.999%), מה שמעלה את הוצאות התפעול.
דרישות לציוד איטום: כדי למנוע מחלקיקים חיצוניים להיכנס ולהתעסק עם זרימת האוויר, מערכת תעלות האוויר חייבת להיות בעלת דירוג הגנה IP67.
מגבלת גודל לבניינים: אם שטח הבניין הוא יותר מ-2 מטר 2 מטר ואורך תעלת זרימת האוויר הוא יותר מהערך הקריטי של מכניקת נוזלים, יש צורך בתכנון שדה רוח עצמאי מחולק.
3, מטריצת החלטות להתאמה לתהליכים
מימד הערכה: טכנולוגיית ניקוי זרימת אוויר, טכנולוגיית ניקוי ואקום
תהליך שימושי התכת קרן אלקטרונים (EBM) והתכת מיטת אבקת לייזר (LPBF)
יכולת הסתגלות של חומרים: חומרים פעילים, כמו סגסוגות טיטניום וסגסוגות כרום קובלט, וחומרים רגילים, כגון סגסוגות אלומיניום ופלדת אל חלד
גודל הבניין חייב להיות בין 0.35m 0.35m 0.38m ו-1m 1m 0.5m (ניתן להגדיל אותו).
עלות גבוהה של ציוד (40% מהעלות הכוללת של ציוד)
יעילות ייצור נמוכה (25% שימוש בהובר) וגבוהה (יכולת לרוץ כל הזמן)
כמה מקומות נפוצים להשתמש בהם הם על להבי טורבינה למנועי מטוסים, שתלים רפואיים, חלקי מבנה ענקיים למטוסים ותבניות למכוניות.