Što je prikladnije za metalni 3D ispis, usisavanje ili čišćenje protokom zraka?

一, Tehnologija usisavanja: fizička osnova EBM procesa
1. Glavni način na koji radi
U tehnologiji Electron Beam Melting (EBM), visoko{0}}energijske zrake elektrona tope metalni prah jedan po jedan sloj u vakuumu. Njegov vakuumski sustav ima tri glavna posla:
Jamstvo putanje snopa elektrona: U visokom vakuumu od 4 × 10 ⁻¹ Pa, prosječni slobodni put snopa elektrona može doseći desetke metara. To sprječava gubitak energije kada zraka pogodi molekule plina i osigurava da je bazen taline točan unutar ± 0,2 mm.
Sprječavanje oksidacije materijala: U vakuumu, stopa oksidacije aktivnih materijala poput legure titana (Ti6Al4V) pada za 99,7%, a stopa povrata praha raste sa 75% u SLM metodi na 92%. Cijena ispisa jedne stranice smanjuje se za 30%.
Bolji učinak otplinjavanja: Vakuumsko okruženje smanjuje topljivost plina u bazenu taline za 80% i poroznost s 0,5% SLM na 0,02%, što uvelike povećava vijek trajanja dijelova.
2. Plan stavljanja opreme u uporabu
Na primjer, EBM sustav tvrtke Pfeiffer Vacuum iz Njemačke koristi vakuumsku arhitekturu s tri-razine:
Roots pumpa i pumpa s rotirajućim lopaticama rade zajedno kako bi pružile grubo pumpanje, snižavajući tlak u komori s atmosferskog tlaka na 10⁻¹ Pa u samo 3 minute.
Grupa pumpi visokog vakuuma: molekularna pumpa i pumpa za sublimaciju titana rade zajedno kako bi generirale vakuum od 5 × 10⁻⁵ Pa, što je najveća potreba EBM-a za stabilnost elektronske zrake.
Sustav za pronalaženje curenja: Detektor curenja helijevog masenog spektrometra pazi na brtvljenje komore u stvarnom vremenu i održava kumulativnu stopu curenja ispod 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s kako bi proces ispisa bio stabilan tijekom dugog razdoblja.
3. Ograničenja procesa
U suštini postoje tri načina na koje je čišćenje usisivača ograničeno:
Troškovi opreme su visoki: Sustavi visokog vakuuma predstavljaju do 40% ukupnih troškova EBM opreme, a troškovi održavanja su 2,3 ​​puta veći od SLM postupaka.
Ograničena prilagodljivost materijala: radi samo s procesom taljenja elektronskim snopom, a ne s tehnologijama laserskog taljenja kao što je SLM.
Ograničenje proizvodnog ciklusa: Vakuumsko pumpanje zauzima 25% proizvodnog ciklusa jednog komada, što ga čini mnogo manje učinkovitim pri proizvodnji velikih količina.
2, Tehnologija čišćenja protokom zraka: veliki korak naprijed u procesu LPBF
1. Nove ideje u tehnologiji
EOS je proizveo AirSword za velike LPBF (laser powder melting) strojeve. Sustav upravljanja protokom zraka donosi tri velika poboljšanja optimizacijom dinamike tekućine:
Dizajn laminarizacije: korištenjem mješavine ispravljačkih kanala i rebara za usmjeravanje zraka, standardna devijacija brzine protoka zraka smanjena je s uobičajenih 1,2 m/s na 0,3 m/s, čime se uklanja vrtložna zona unutar šupljine.
Termodinamička kontrola: peraje imaju cirkulirajuću tekućinu za hlađenje unutar sebe koja sprječava promjenu temperature protoka zraka za više od 5 stupnjeva Celzijusa. To sprječava nakupljanje praha zbog toplinskog stresa.
Spajanje mnogih fizičkih polja: CFD simulacija korištena je za poboljšanje strukture zračnog kanala, što je dovelo do učinkovitosti uklanjanja dima i prašine od 98,7% u građevinskom području 1,5 m × 1,5 m. Ovo je 42% bolje od starog načina križne ventilacije.
2. Primjeri inženjerske izvedbe
Kada koristite opremu AMCM M8K, AirSword™ sustav pokazuje puno prednosti:
Zaštita za optički sustav: Prolaznost zaštitne leće ostaje na 99,2% čak i nakon 200 sati neprekidnog ispisa. To znači da ciklus održavanja traje pet puta dulje nego kod standardnih rješenja.
Bolja upotreba praha: Razina kisika u komori održava se stabilnom ispod 50 ppm, što smanjuje stopu oksidacije praha legure na bazi nikla-s 0,8% na 0,15%.
Proboj u tome koliko stvari možemo napraviti: vrijeme ciklusa ispisa za izradu strukturnih dijelova zrakoplovstva od 1 m 1 m 0,5 m smanjeno je na 72 sata, što je 35% brže od metode vakuuma.
3. Tehnička ograničenja
Korištenje čišćenja protokom zraka ograničeno je sljedećim čimbenicima:
Ograničenje aktivnosti materijala: Za materijale koji su vrlo osjetljivi na oksidaciju, kao što su legure titana, potrebna je zaštita inertnim plinom (poput parcijalnog tlaka argona 99,999%), što povećava operativne troškove.
Zahtjevi za opremu za brtvljenje: Kako bi se spriječilo da vanjske čestice uđu i ometaju protok zraka, sustav zračnih kanala mora imati ocjenu zaštite IP67.
Ograničenje veličine za zgrade: Ako je površina zgrade veća od 2 m 2 m, a duljina kanala za protok zraka veća je od kritične vrijednosti mehanike fluida, potreban je pregrađeni neovisni dizajn polja vjetra.
3, Matrica odlučivanja za prilagodljivost procesa
Dimenzija evaluacije: Tehnologija čišćenja protokom zraka, Tehnologija usisavanja
Upotrebljivo procesno taljenje elektronskom zrakom (EBM) i lasersko taljenje praha (LPBF)
Prilagodljivost materijala: aktivni materijali, kao što su legure titana i legure kobalta i kroma, te obični materijali, kao što su legure aluminija i nehrđajući čelik
Veličina građevine mora biti između 0,35m 0,35m 0,38m i 1m 1m 0,5m (može se napraviti i veća).
Visoka cijena opreme (40% ukupne cijene opreme)
Niska proizvodna učinkovitost (25% korištenja usisivača) i visoka (mogućnost rada cijelo vrijeme)
Neka uobičajena mjesta za njihovu upotrebu su lopatice turbina za avionske motore, medicinski implantati, ogromni strukturni dijelovi za avione i kalupi za automobile.