Электронно-лучевая плавка (EBM)
Технология
Электронно-лучевая плавка («Electron Beam Melting» или EBM) – метод аддитивного производства металлических изделий. Данная технология зачастую классифицируется как метод быстрого производства. Электронно-лучевая плавка (EBM) схожа с выборочной лазерной плавкой (SLM) – главное отличие заключается в использовании электронных излучателей (т.н. электронных пушек) вместо лазеров в качестве источников энергии для плавки. В основе технологии лежит использование электронных пучков высокой мощности для сплавки металлического порошка в вакуумной камере с образованием последовательных слоев, повторяющих контуры цифровой модели. В отличие от технологий спекания, электронно-лучевая плавка позволяет создавать детали особо высокой плотности и прочности.
Этот метод производства деталей произвольных форм позволяет создавать металлические модели высокой плотности из металлического порошка. Готовые изделия практически не отличаются от литых деталей по механическим свойствам. Устройство считывает данные с файла, содержащего трехмерную цифровую модель, и наносит последовательные слои порошкового материала. Контуры слоев модели вычерчиваются электронным пучком, плавящим порошок в местах соприкосновения. Плавка производится в вакуумных рабочих камерах, что позволяет работать с материалами, чувствительными к оксидации – например, с чистым титаном.
Расходные материалы состоят из чистого металлического порошка без связующего наполнителя, а готовые модели не отличаются пористостью. Таким образом, не требуется обжигание напечатанной модели для достижения необходимой механической прочности. Этот аспект позволяет классифицировать EBM в одном ряду с выборочной лазерной плавкой (SLM)и отдельно от технологий выборочного лазерного спекания (SLS) и прямого лазерного спекания металлов (DMLS), зачастую требующих обжига после печати для достижения максимальных прочностных характеристик. В сравнении с SLS, SLM и DMLS, EBM обладает более высокой скоростью построения за счет более высокой мощности излучателей и электронного, а не электромеханического, отклонения пучков.
Электронно-лучевая плавка проводится при повышенных фоновых температурах, достигающих порядка 700-1000°C, что позволяет создавать детали, не страдающие от остаточного механического напряжения, вызываемого градиентом температур между уже охлажденными и еще горячими слоями. Кроме того, полная плавка расходного порошка позволяет производить монолитные изделия – отсюда максимальная прочность и отсутствие необходимости обжига.
Технология была разработана и впервые применена шведской компанией Arcam AB.
Использование в качестве расходных материалов титановых сплавов позволяет применять технологию EBM для производства медицинских имплантатов.
Начиная с 2007 года две европейские компании, Adler Ortho и Lima Corporate, а также американская компания Exactech используют технологию EBM для производства ацетабулярных чашек (имплантатов тазобедренного сустава).
Технология получила применение в аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin и NASA используют EBM для производства деталей реактивных и ракетных двигателей, а также несущих элементов конструкции летательных аппаратов.
Преимущества и недостатки
Преимущества технологии
· Детали, полученные по данной технологии, обладают лучшей микроструктурой чем такие же, изготовленные методом литья.
· Высокая производительность оборудования электронно-лучевой плавки составляет 55-80 см3/час, в сравнении с 2-20 см3/час у схожих по размерам лазерных SLS-машин.
· Точность изготовления деталей составляет ±0,2 мм на длине 100 мм.
· 3D-печать происходит при температуре в камере 700-1000°C. Это позволяет не остывать одной части детали в то время, как другая разогрета. Процесс охлаждения происходит равномерно по всей поверхности после окончания печати. Благодаря этому отсутствует эффект усадки и внутренних напряжений изделия, что влияет на ее прочность.
· Возможность производства сразу нескольких изделий.
Недостатки
· В данный момент электронно-лучевая плавка ограничена точностью 0,2 мм, из-за размера электронного пучка, который составляет 0,2-1,0 мм. Это приводит к небольшой шероховатости готовых изделий.
Метод ламинирования (LOM)
Технология
Изготовление объектов методом ламинирования (LOM) – технология быстрого прототипирования, разработанная компанией Helisys Inc. Метод подразумевает последовательное склеивание листового материала (бумаги, пластика, металлической фольги) с формированием контура каждого слоя с помощью лазерной резки. Объекты, производимые этим методом, обычно подлежат дополнительной механической обработке после печати. Толщина наносимого слоя напрямую зависит от толщины используемого листового материала.
Компания Mcor Technologies использует вариант технологии, получивший название «Выборочное ламинирование» или SDL. Этот метод предусматривает нанесения клея только в местах, входящих в состав расчетной модели, что облегчает процесс удаления лишнего материала. В отличие от стандартной технологии на основе лазерной резки, SDL использует механическую резку с помощью лезвия из карбида вольфрама. Это позволяет несколько снизить стоимость устройств.
Процесс печати протекает следующим образом:
· Лист материала с клейким покрытием наносится на рабочую платформу (или нижние слои модели) с помощью разогретого ролика.
· Контур слоя вычерчивается с помощью лазера.
· Лишний материал режется лазером на мелкие секции для упрощения процедуры удаления.
· Платформа с готовым слоем передвигается вниз.
· В рабочую камеру подается новый лист материала.
· Платформа поднимается вверх до контакта с новым материалом.
Цикл повторяется до завершения постройки модели, после чего лишний материал удаляется, и производится завершающая механическая обработка изделия (сверление, шлифовка и пр.)
Преимущества и недостатки
Низкая себестоимость благодаря общедоступности расходных материалов.
Бумажные модели приближаются по физическим характеристикам к древесине, что позволяет проводить соответствующую механическую обработку. Разрешение печати несколько уступает таким высокоточным методам, как стереолитография (SLA)или выборочное лазерное спекание (SLS).
Технология допускает производство достаточно крупногабаритных моделей.