Що більше підходить для 3D-друку металу, чищення пилососом чи очищення потоком повітря?

一, Технологія вакуумного очищення: фізична основа процесу EBM
1. Основний спосіб роботи
У технології електронно-променевого плавлення (EBM) електронні-промені високої енергії плавлять металеві порошки по одному шару у вакуумі. Його вакуумна система виконує три основні функції:
Гарантія шляху електронного променя: у високому вакуумі 4 × 10 ⁻¹ Па середній вільний пробіг електронного променя може досягати десятків метрів. Це запобігає втраті енергії, коли промінь потрапляє на молекули газу, і забезпечує точність басейну розплаву в межах ± 0,2 мм.
Запобігання окисленню матеріалів: у вакуумі швидкість окислення активних матеріалів, таких як титановий сплав (Ti6Al4V), падає на 99,7%, а швидкість відновлення порошку зростає з 75% у методі SLM до 92%. Вартість друку однієї сторінки знижується на 30%.
Кращий ефект дегазації: вакуумне середовище знижує розчинність газу в плавильному басейні на 80%, а пористість з 0,5% SLM до 0,02%, що значно збільшує термін служби деталей.
2. План введення обладнання в експлуатацію
Наприклад, система EBM від Pfeiffer Vacuum у Німеччині використовує три{0}}рівневу вакуумну архітектуру:
Насос Roots і роторно-лопатевий насос працюють разом, щоб забезпечити грубе накачування, знижуючи тиск у камері з атмосферного до 10⁻¹ Па лише за 3 хвилини.
Група високовакуумних насосів: молекулярний насос і титановий сублімаційний насос працюють разом, створюючи вакуум 5 × 10⁻⁵ Па, що є найбільшою потребою EBM для стабільності електронного променя.
Система для пошуку витоків: гелієвий мас-спектрометр, детектор витоків, стежить за герметичністю камери в режимі реального часу та підтримує загальну швидкість витоку нижче 1 × 10⁻⁹ Па · м³/с, щоб підтримувати процес друку стабільним протягом тривалого періоду.
3. Обмеження процесу
По суті, існує три способи обмеження очищення пилососом:
Витрати на обладнання високі: системи високого вакууму становлять до 40% від загальної вартості обладнання EBM, а витрати на технічне обслуговування в 2,3 рази більші, ніж процедури SLM.
Обмежена адаптованість матеріалу: він працює лише з процесом плавлення електронним променем, а не з технологіями лазерного плавлення, такими як SLM.
Обмеження виробничого циклу: Вакуумний насос займає 25% виробничого циклу окремої штуки, що робить його менш ефективним при виробництві великих кількостей.
2, Технологія очищення потоком повітря: великий крок вперед у процесі LPBF
1. Нові ідеї в техніці
EOS виготовила AirSword для великих машин LPBF (лазерне плавлення порошкового шару). Система керування повітряним потоком забезпечує три великі покращення завдяки оптимізації динаміки рідини:
Конструкція ламінаризації: завдяки використанню суміші каналів випрямляча та повітронаправляючих ребер стандартне відхилення швидкості повітряного потоку знижується зі звичайних 1,2 м/с до 0,3 м/с, позбавляючись від вихрової зони всередині порожнини.
Контроль термодинаміки: всередині ребер циркулює охолоджуюча рідина, яка запобігає зміні температури повітряного потоку більше ніж на 5 градусів Цельсія. Це запобігає злипанню порошку внаслідок термічного навантаження.
Зв’язок багатьох фізичних полів: CFD моделювання було використано для покращення структури повітроводу, що призвело до ефективності видалення диму та пилу на 98,7% у площі будівлі 1,5 м × 1,5 м. Це на 42% краще, ніж старий спосіб перехресної вентиляції.
2. Приклади інженерної реалізації
При використанні обладнання AMCM M8K система AirSword™ демонструє масу переваг:
Захист оптичної системи: пропускна здатність захисної лінзи залишається на рівні 99,2% навіть після 200 годин безперервного друку. Це означає, що цикл технічного обслуговування триває в п’ять разів довше, ніж у стандартних рішень.
Краще використання порошку: рівень кисню в камері підтримується стабільним нижче 50 ppm, що знижує швидкість окислення порошку сплаву на основі нікелю-з 0,8% до 0,15%.
Прорив у тому, скільки речей ми можемо виготовити: час циклу друку для виготовлення авіаційних структурних частин розміром 1 м 1 м 0,5 м скорочено до 72 годин, що на 35% швидше, ніж у вакуумному методі.
3. Технічні обмеження
Використання очищення потоком повітря обмежується наступними факторами:
Обмеження щодо активності матеріалу: Для матеріалів, які дуже чутливі до окислення, таких як титанові сплави, необхідний захист інертним газом (наприклад, парціальний тиск аргону 99,999%), що підвищує експлуатаційні витрати.
Вимоги до герметизуючого обладнання: щоб сторонні частки не потрапляли всередину та не змішувалися з потоком повітря, система повітроводів повинна мати ступінь захисту IP67.
Обмеження розміру для будівель: якщо площа будівлі перевищує 2 м 2 м, а довжина каналу повітряного потоку перевищує критичне значення механіки рідини, необхідна розділена незалежна конструкція поля вітру.
3. Матриця рішень для адаптивності процесу
Розмір оцінки: технологія очищення повітряним потоком, технологія вакуумного очищення
Використовуваний процес плавлення електронним променем (EBM) і плавлення шару лазерного порошку (LPBF)
Адаптованість матеріалів: активні матеріали, такі як сплави титану та сплави кобальту і хрому, а також звичайні матеріали, такі як сплави алюмінію та нержавіюча сталь
Розмір будівлі має бути від 0,35 м 0,35 м 0,38 м до 1 м 1 м 0,5 м (можна зробити більше).
Висока вартість обладнання (40% від загальної вартості обладнання)
Низька ефективність виробництва (25% використання пилососу) і висока (можливість працювати весь час)
Деякі звичайні місця для їх використання – це лопатки турбін для двигунів літаків, медичні імплантати, величезні конструкційні деталі для літаків і прес-форми для автомобілів.