Кое е по-подходящо за метален 3D печат, вакуумно почистване или почистване с въздушен поток?

一, Технология за вакуумно почистване: физическата основа на EBM процеса
1. Основен начин на работа
В технологията за топене с електронен лъч (EBM) високо{0}}енергийните електронни лъчи разтапят метални прахове един по един слой във вакуум. Неговата вакуумна система има три основни задачи:
Гаранция за пътя на електронния лъч: При висок вакуум от 4 × 10 ⁻¹ Pa средният свободен път на електронния лъч може да достигне десетки метри. Това предпазва енергията от загуба, когато лъчът удари газови молекули и гарантира, че резервоарът от стопилка е с точност до ± 0,2 mm.
Предотвратяване на окисляването на материали: Във вакуум степента на окисление на активни материали като титаниева сплав (Ti6Al4V) пада с 99,7%, а степента на възстановяване на праха се повишава от 75% при метода SLM до 92%. Разходите за печат на една страница намаляват с 30%.
По-добър обезгазяващ ефект: Вакуумната среда намалява разтворимостта на газа в стопилката с 80% и порьозността от 0,5% от SLM до 0,02%, което значително увеличава живота на частите при умора.
2. План за въвеждане на оборудването в експлоатация
Например системата EBM от Pfeiffer Vacuum в Германия използва три{0}}нивова вакуумна архитектура:
Помпата на Roots и ротационната лопаткова помпа работят заедно, за да осигурят грубо изпомпване, понижавайки налягането в камерата от атмосферно до 10⁻¹ Pa само за 3 минути.
Група високовакуумни помпи: Молекулярната помпа и помпата за сублимация на титан работят заедно, за да генерират вакуум от 5 × 10⁻⁵ Pa, което е най-високата нужда от EBM за стабилност на електронния лъч.
Система за откриване на течове: Детекторът за течове на хелиев масспектрометър следи уплътняването на камерата в реално време и поддържа кумулативната скорост на течове под 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s, за да поддържа процеса на печат стабилен за дълъг период от време.
3. Ограничения на процеса
По същество има три начина, по които почистването с ховър е ограничено:
Разходите за оборудване са високи: Системите с висок вакуум представляват до 40% от общите разходи за EBM оборудване, а разходите за поддръжка са 2,3 пъти по-големи от процедурите за SLM.
Ограничена адаптивност на материала: работи само с процеса на топене с електронен лъч, а не с технологии за лазерно топене като SLM.
Ограничение на производствения цикъл: Вакуумното изпомпване заема 25% от производствения цикъл на единична бройка, което го прави много по-малко ефективен при производството на големи количества.
2, Технология за почистване на въздушния поток: голяма стъпка напред в процеса LPBF
1. Нови идеи в технологиите
EOS произведе AirSword за големи машини за LPBF (лазерно топене на прахов слой). Системата за управление на въздушния поток прави три големи подобрения чрез оптимизиране на динамиката на течността:
Дизайн на ламинаризиране: чрез използване на комбинация от токоизправителни канали и въздуховодни перки, стандартното отклонение на скоростта на въздушния поток се понижава от обичайните 1,2 m/s до 0,3 m/s, като се отървава от вихровата зона вътре в кухината.
Термодинамичен контрол: Перките имат циркулираща охлаждаща течност вътре в тях, която предпазва температурата на въздушния поток от промяна с повече от 5 градуса по Целзий. Това предотвратява слепването на праха поради топлинен стрес.
Свързване на много физически полета: CFD симулация беше използвана за подобряване на структурата на въздуховода, което доведе до ефективност на отстраняване на дим и прах от 98,7% в 1,5m × 1,5m строителна площ. Това е с 42% по-добро от стария начин на кръстосана вентилация.
2. Примери за инженерно изпълнение
Когато използвате оборудване AMCM M8K, системата AirSword™ показва много предимства:
Защита на оптичната система: Пропускливостта на защитната леща остава 99,2% дори след 200 часа непрекъснат печат. Това означава, че цикълът на поддръжка продължава пет пъти по-дълго, отколкото при стандартните решения.
По-добро използване на праха: Нивото на кислород в камерата се поддържа стабилно под 50 ppm, което понижава степента на окисление на сплавта на основата на никел -от 0,8% на 0,15%.
Пробив в това колко неща можем да направим: Времето на печатния цикъл за изработване на авиационни структурни части, които са 1m 1m 0,5m, беше съкратено до 72 часа, което е с 35% по-бързо от метода с вакуум.
3. Технически ограничения
Използването на почистване с въздушен поток е ограничено от следните фактори:
Ограничение на активността на материала: За материали, които са много чувствителни към окисляване, като титанови сплави, е необходима защита с инертен газ (като парциално налягане на аргон 99,999%), което повишава оперативните разходи.
Изисквания за оборудване за уплътняване: За да не навлизат външни частици и да се забъркват с потока въздух, системата от въздуховоди трябва да има клас на защита IP67.
Ограничение на размера за сгради: Ако площта на сградата е повече от 2 m 2 m и дължината на канала на въздушния поток е по-голяма от критичната стойност на механиката на флуидите, е необходим разделен независим дизайн на вятърното поле.
3, Матрица на решенията за адаптивност на процеса
Измерение за оценка: Технология за почистване на въздушен поток, Технология за вакуумно почистване
Използваем процес на топене с електронен лъч (EBM) и лазерно топене на прахов слой (LPBF)
Адаптивност на материалите: Активни материали, като титанови сплави и кобалтово-хромови сплави, и обикновени материали, като алуминиеви сплави и неръждаема стомана
Размерът на сградата трябва да бъде между 0,35m 0,35m 0,38m и 1m 1m 0,5m (може да се направи и по-голяма).
Висока цена на оборудването (40% от общата цена на оборудването)
Ниска производствена ефективност (25% използване на Hoover) и висока (способност да работи през цялото време)
Някои често срещани места за използването им са турбинни перки за самолетни двигатели, медицински импланти, огромни структурни части за самолети и форми за автомобили.