Hvad er mere egnet til metal 3D-print, støvsugning eller luftstrømsrensning?

一, Støvsugningsteknologi: den fysiske base i EBM-processen
1. Vigtigste måde det fungerer på
I EBM-teknologi (Electron Beam Melting) smelter højenergielektronstråler metalpulver et lag ad gangen i et vakuum. Dets vakuumsystem har tre hovedopgaver:
Garanti for elektronstrålevejen: I et højvakuum på 4 × 10 ⁻¹ Pa kan den gennemsnitlige frie bane for elektronstrålen nå op på snesevis af meter. Dette forhindrer, at energien går tabt, når strålen rammer gasmolekyler, og sikrer, at smeltebassinet er nøjagtig med en afstand på ± 0,2 mm.
Forebyggelse af oxidation af materialer: I et vakuum falder oxidationshastigheden af ​​aktive materialer som titanlegering (Ti6Al4V) med 99,7 %, og pulvergenvindingsgraden stiger fra 75 % i SLM-metoden til 92 %. Omkostningerne ved at udskrive én side falder med 30 %.
Bedre afgasningseffekt: Vakuummiljøet sænker gasopløseligheden i smeltebassinet med 80 % og porøsiteten fra 0,5 % af SLM til 0,02 %, hvilket i høj grad øger delenes træthedslevetid.
2. Plan for at tage udstyret i brug
For eksempel bruger EBM-systemet fra Pfeiffer Vacuum i Tyskland en vakuumarkitektur på tre-niveauer:
Roots-pumpen og den roterende vingepumpe arbejder sammen for at give grov pumpning, og sænker trykket i kammeret fra atmosfærisk tryk til 10⁻¹ Pa på kun 3 minutter.
Gruppe af højvakuumpumper: Molekylærpumpen og titaniumsublimationspumpen fungerer sammen for at generere et vakuum på 5 × 10⁻⁵ Pa, hvilket er det højeste EBM-behov for elektronstrålestabilitet.
System til at finde lækager: Heliummassespektrometerets lækagedetektor holder øje med kammerets tætning i realtid og holder den kumulative lækagehastighed under 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s for at holde printprocessen stabil i en lang periode.
3. Grænser for processen
Der er grundlæggende tre måder, hvorpå støvsugerrensning er begrænset:
Omkostningerne til udstyr er høje: Højvakuumsystemer repræsenterer op til 40 % af de samlede omkostninger ved EBM-udstyr, og vedligeholdelsesudgifter er 2,3 gange større end SLM-procedurer.
Begrænset materialetilpasningsevne: det fungerer kun med elektronstrålesmeltningsprocessen og ikke med lasersmelteteknologier som SLM.
Begrænsning af fremstillingscyklussen: Vakuumpumpning fylder 25 % af produktionscyklussen i et enkelt stykke, hvilket gør det meget mindre effektivt, når der produceres store mængder.
2, Airflow-rensningsteknologi: et stort skridt fremad i LPBF-processen
1. Nye ideer inden for teknologi
EOS producerede AirSword til store LPBF (laser powder bed melting) maskiner. Luftstrømsstyringssystemet gør tre store forbedringer ved at optimere væskedynamikken:
Laminariseringsdesign: Ved at bruge en blanding af ensretterkanaler og luftstyrefinner sænkes standardafvigelsen af ​​luftstrømningshastigheden fra de sædvanlige 1,2m/s til 0,3m/s, hvorved hvirvelzonen inde i hulrummet fjernes.
Termodynamikkontrol: Finnerne har cirkulerende kølevæske inde i dem, der forhindrer luftstrømstemperaturen i at ændre sig med mere end 5 grader Celsius. Dette forhindrer pulver i at klumpe sammen på grund af termisk stress.
Kobling af mange fysiske felter: En CFD-simulering blev brugt til at forbedre luftkanalstrukturen, hvilket førte til en røg- og støvfjernelseseffektivitet på 98,7 % i et bygningsområde på 1,5 m × 1,5 m. Dette er 42 % bedre end den gamle måde med krydsventilation.
2. Eksempler på ingeniørimplementering
Når du bruger AMCM M8K-udstyr, viser AirSword™-systemet en masse fordele:
Beskyttelse af det optiske system: Transmittansen af ​​den beskyttende linse forbliver på 99,2% selv efter 200 timers kontinuerlig udskrivning. Det betyder, at vedligeholdelsescyklussen varer fem gange længere end med standardløsninger.
Bedre brug af pulver: Iltniveauet i kammeret holdes stabilt under 50 ppm, hvilket sænker oxidationshastigheden af ​​nikkel-baseret legeringspulver fra 0,8 % til 0,15 %.
Gennembrud i, hvor mange ting vi kan lave: Udskrivningscyklustiden for fremstilling af luftfartsstrukturdele, der er 1m 1m 0,5m, blev skåret ned til 72 timer, hvilket er 35 % hurtigere end vakuummetoden.
3. Tekniske grænser
Brugen af ​​luftstrømsrensning er begrænset af følgende faktorer:
Begrænsning af materialeaktivitet: For materialer, der er meget følsomme over for oxidation, sådanne titanlegeringer, er beskyttelse med en inert gas (som argon-partialtryk 99,999%) nødvendig, hvilket øger driftsomkostningerne.
Krav til tætningsudstyr: For at forhindre udvendige partikler i at komme ind og rode med luftstrømmen, skal luftkanalsystemet have en IP67-beskyttelsesklassificering.
Størrelsesgrænse for bygninger: Hvis bygningsarealet er mere end 2m 2m, og længden af ​​luftstrømskanalen er mere end den kritiske værdi af væskemekanik, er et opdelt uafhængigt vindfeltdesign nødvendigt.
3, Beslutningsmatrix for procestilpasning
Evaluering Dimension: Luftstrømsrensningsteknologi, Støvsugningsteknologi
Brugbar proceselektronstrålesmeltning (EBM) og laserpulverbedsmeltning (LPBF)
Materialers tilpasningsevne: Aktive materialer, såsom titanlegeringer og kobolt-chromlegeringer, og almindelige materialer, såsom aluminiumlegeringer og rustfrit stål
Bygningens størrelse skal være mellem 0,35m 0,35m 0,38m og 1m 1m 0,5m (den kan gøres større).
Høje omkostninger til udstyr (40% af de samlede omkostninger til udstyr)
Lav produktionseffektivitet (25 % støvsugerbrug) og høj (evne til at køre hele tiden)
Nogle almindelige steder at bruge dem er på turbineblade til flymotorer, medicinske implantater, enorme strukturelle dele til fly og forme til biler.