Co je vhodnější pro kovový 3D tisk, vysávání nebo čištění prouděním vzduchu?

一, Technologie vakuového čištění: fyzický základ procesu EBM
1. Hlavní způsob, jak to funguje
V technologii Electron Beam Melting (EBM) taví vysokoenergetické elektronové paprsky ve vakuu jednu vrstvu po druhé kovové prášky. Jeho vakuový systém má tři hlavní úkoly:
Garance dráhy elektronového svazku: Ve vysokém vakuu 4 × 10 ⁻¹ Pa může průměrná volná dráha elektronového svazku dosahovat desítek metrů. To zabraňuje ztrátě energie při dopadu paprsku na molekuly plynu a zajišťuje, že tavná lázeň je přesná s přesností ± 0,2 mm.
Prevence oxidace materiálů: Ve vakuu klesá rychlost oxidace aktivních materiálů, jako je titanová slitina (Ti6Al4V), o 99,7 % a míra regenerace prášku se zvýší ze 75 % u metody SLM na 92 ​​%. Náklady na tisk jedné stránky se snižují o 30 %.
Lepší odplyňovací účinek: Vakuové prostředí snižuje rozpustnost plynu v tavenině o 80 % a pórovitost z 0,5 % SLM na 0,02 %, což výrazně zvyšuje únavovou životnost dílů.
2. Plán uvedení zařízení do provozu
Například systém EBM od společnosti Pfeiffer Vacuum v Německu využívá tří{0}}úrovňovou architekturu vakua:
Rootsovo čerpadlo a rotační lamelové čerpadlo spolupracují na hrubém čerpání a snižují tlak v komoře z atmosférického tlaku na 10⁻¹ Pa za pouhé 3 minuty.
Skupina vysokovakuových vývěv: Molekulární vývěva a vývěva pro sublimaci titanu pracují společně a vytvářejí vakuum 5 × 10⁻⁵ Pa, což je nejvyšší potřeba EBM pro stabilitu elektronového paprsku.
Systém pro vyhledávání netěsností: Héliový hmotnostní spektrometr s detektorem netěsností dohlíží na těsnění komory v reálném čase a udržuje kumulativní rychlost úniku pod 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s, aby byl tiskový proces stabilní po dlouhou dobu.
3. Omezení procesu
V zásadě existují tři způsoby, jak je čištění vysavače omezeno:
Náklady na zařízení jsou vysoké: Systémy vysokého vakua představují až 40 % celkových nákladů na zařízení EBM a náklady na údržbu jsou 2,3krát vyšší než u postupů SLM.
Omezená přizpůsobivost materiálu: funguje pouze s procesem tavení elektronovým paprskem a nikoli s technologiemi tavení laserem, jako je SLM.
Omezení výrobního cyklu: Vakuové čerpání zabírá 25 % výrobního cyklu jednoho kusu, takže je mnohem méně efektivní při výrobě velkých množství.
2, Technologie čištění Airflow: velký krok vpřed v procesu LPBF
1. Nové myšlenky v technologii
EOS vyrobil AirSword pro velké stroje LPBF (laser powder bed melting). Systém řízení proudění vzduchu přináší tři velká vylepšení optimalizací dynamiky tekutin:
Návrh laminarizace: Použitím kombinace usměrňovacích kanálů a žeber vedení vzduchu je standardní odchylka rychlosti proudění vzduchu snížena z obvyklých 1,2 m/s na 0,3 m/s, čímž se zbaví vírové zóny uvnitř dutiny.
Regulace termodynamiky: Žebra mají uvnitř cirkulující chladicí kapalinu, která zabraňuje změně teploty proudění vzduchu o více než 5 stupňů Celsia. Tím se zabrání shlukování prášku v důsledku tepelného namáhání.
Spojení mnoha fyzikálních polí: Simulace CFD byla použita ke zlepšení struktury vzduchového potrubí, což vedlo k účinnosti odstranění kouře a prachu 98,7 % na ploše budovy 1,5 m × 1,5 m. To je o 42 % lepší než starý způsob příčného větrání.
2. Příklady inženýrské realizace
Při použití zařízení AMCM M8K vykazuje systém AirSword™ mnoho výhod:
Ochrana optického systému: Propustnost ochranné čočky zůstává na 99,2 % i po 200 hodinách nepřetržitého tisku. To znamená, že cyklus údržby trvá pětkrát déle než u standardních řešení.
Lepší využití prášku: Hladina kyslíku v komoře je udržována stabilní pod 50 ppm, což snižuje rychlost oxidace prášku slitiny na bázi niklu-z 0,8 % na 0,15 %.
Průlom v tom, kolik věcí můžeme vyrobit: Doba tiskového cyklu pro výrobu leteckých konstrukčních dílů o rozměrech 1 m 1 m 0,5 m byla zkrácena na 72 hodin, což je o 35 % rychlejší než vakuová metoda.
3. Technické limity
Použití čištění prouděním vzduchu je omezeno následujícími faktory:
Omezení aktivity materiálu: U materiálů, které jsou velmi citlivé na oxidaci, jako jsou slitiny titanu, je nutná ochrana inertním plynem (jako je parciální tlak argonu 99,999 %), což zvyšuje provozní náklady.
Požadavky na těsnicí zařízení: Aby se vnější částice nedostaly dovnitř a nepletly se s prouděním vzduchu, musí mít systém vzduchového potrubí stupeň krytí IP67.
Limit velikosti pro budovy: Pokud je plocha budovy větší než 2 m 2 ma délka kanálu proudění vzduchu je větší než kritická hodnota mechaniky tekutin, je zapotřebí oddělený návrh nezávislého větrného pole.
3, Rozhodovací matice pro procesní adaptabilitu
Hodnotící rozměr: Technologie čištění prouděním vzduchu, technologie vakuového čištění
Použitelné procesní tavení elektronovým paprskem (EBM) a tavení laserového prášku (LPBF)
Adaptabilita materiálů: Aktivní materiály, jako jsou slitiny titanu a slitiny kobaltu a chrómu, a běžné materiály, jako jsou hliníkové slitiny a nerezová ocel
Velikost budovy musí být mezi 0,35 m 0,35 m 0,38 m a 1 m 1 m 0,5 m (lze ji zvětšit).
Vysoké náklady na vybavení (40 % z celkových nákladů na vybavení)
Nízká efektivita výroby (25% využití vysavače) a vysoká (schopnost běžet po celou dobu)
Některá běžná místa, kde se používají, jsou lopatky turbín pro letecké motory, lékařské implantáty, obrovské konstrukční díly letadel a formy pro automobily.