Metal 3D baskı, vakumlu temizleme veya hava akımı temizliği için hangisi daha uygundur?

一, Vakumlu temizleme teknolojisi: EBM sürecinin fiziksel temeli
1. Ana çalışma şekli
Elektron Işınıyla Eritme (EBM) teknolojisinde, yüksek-enerjili elektron ışınları metal tozlarını vakumda tek seferde bir katman halinde eritir. Vakum sisteminin üç ana görevi vardır:
Elektron ışın yolunun garantisi: 4 × 10 ⁻¹ Pa'lık yüksek bir vakumda, elektron ışınının ortalama serbest yolu onlarca metreye ulaşabilir. Bu, ışın gaz moleküllerine çarptığında enerjinin kaybolmasını önler ve erime havuzunun ± 0,2 mm hassasiyetinde olmasını sağlar.
Malzemelerin oksidasyonunun önlenmesi: Vakumda titanyum alaşımı (Ti6Al4V) gibi aktif malzemelerin oksidasyon oranı %99,7 düşer ve toz geri kazanım oranı SLM yönteminde %75'ten %92'ye yükselir. Bir sayfa basmanın maliyeti %30 azalır.
Daha iyi gaz giderme etkisi: Vakum ortamı, eriyik havuzundaki gaz çözünürlüğünü %80 oranında azaltır ve SLM'nin gözenekliliğini %0,5'ten %0,02'ye düşürür, bu da parçaların yorulma ömrünü büyük ölçüde artırır.
2. Ekipmanı kullanıma sokmayı planlayın
Örneğin, Almanya'daki Pfeiffer Vacuum'un EBM sistemi, üç-seviyeli bir vakum mimarisi kullanır:
Roots pompası ve döner kanatlı pompa birlikte çalışarak kaba pompalama sağlar ve haznedeki basıncı yalnızca 3 dakikada atmosferik basınçtan 10⁻¹ Pa'ya düşürür.
Yüksek vakum pompaları grubu: Moleküler pompa ve titanyum süblimasyon pompası, elektron ışını stabilitesi için EBM'nin en yüksek ihtiyacı olan 5 × 10⁻⁵ Pa'lık bir vakum oluşturmak için birlikte çalışır.
Sızıntı bulma sistemi: Helyum kütle spektrometresi sızıntı dedektörü, odanın sızdırmazlığını gerçek zamanlı olarak izler ve yazdırma sürecini uzun süre stabil tutmak için kümülatif sızıntı oranını 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s'nin altında tutar.
3. Süreçteki sınırlamalar
Elektrikli süpürge temizliğinin sınırlandırılmasının esas olarak üç yolu vardır:
Ekipman maliyetleri yüksektir: Yüksek vakum sistemleri, EBM ekipmanının toplam maliyetinin %40'ını oluşturur ve bakım giderleri SLM prosedürlerinden 2,3 kat daha fazladır.
Sınırlı malzeme uyarlanabilirliği: SLM gibi lazer eritme teknolojileriyle değil, yalnızca elektron ışınıyla eritme işlemiyle çalışır.
Üretim döngüsündeki sınırlama: Vakumlu pompalama, tek parça üretim döngüsünün %25'ini kaplar, bu da büyük miktarlarda üretim yaparken onu çok daha az verimli hale getirir.
2, Hava Akımı temizleme teknolojisi: LPBF sürecinde ileriye doğru büyük bir adım
1. Teknolojide yeni fikirler
EOS, büyük LPBF (lazerli toz yatağı eritme) makineleri için AirSword'u üretti. Hava akışı yönetim sistemi, akışkan dinamiğini optimize ederek üç büyük iyileştirme sağlar:
Laminarizasyon tasarımı: Doğrultucu kanalları ve hava kılavuz kanatçıklarının bir karışımı kullanılarak, hava akış hızının standart sapması normal 1,2 m/s'den 0,3 m/s'ye düşürülerek boşluk içindeki girdap bölgesinden kurtulur.
Termodinamik kontrol: Kanatların içinde, hava akışı sıcaklığının 5 santigrat dereceden fazla değişmesini önleyen soğutma sıvısı dolaşmaktadır. Bu, termal stres nedeniyle tozun bir araya toplanmasını önler.
Birçok fiziksel alanın birleştirilmesi: Hava kanalı yapısını iyileştirmek için bir CFD simülasyonu kullanıldı; bu, 1,5 m x 1,5 m'lik bir bina alanında %98,7'lik bir duman ve toz giderme etkinliğine yol açtı. Bu, eski çapraz havalandırma yöntemine göre %42 daha iyidir.
2. Mühendislik uygulama örnekleri
AMCM M8K ekipmanını kullanırken AirSword™ sistemi birçok avantaj sağlar:
Optik sistem için koruma: Koruyucu merceğin geçirgenliği, 200 saatlik sürekli yazdırmadan sonra bile %99,2'de kalır. Bu, bakım döngüsünün standart çözümlere göre beş kat daha uzun süreceği anlamına gelir.
Tozun daha iyi kullanımı: Haznedeki oksijen seviyesi 50 ppm'nin altında sabit tutulur, bu da nikel- bazlı alaşım tozunun oksidasyon oranını %0,8'den %0,15'e düşürür.
Ne kadar çok şey üretebileceğimiz konusunda atılım: 1 m 1 m 0,5 m havacılık yapısal parçalarının yapımına yönelik baskı çevrim süresi, vakum yönteminden %35 daha hızlı olan 72 saate indirildi.
3. Teknik sınırlar
Hava akımı temizliğinin kullanımı aşağıdaki faktörlerle sınırlıdır:
Malzeme aktivitesinde sınırlama: Titanyum alaşımları gibi oksidasyona karşı çok hassas malzemeler için, bir inert gazla koruma (%99,999 argon kısmi basıncı gibi) gereklidir, bu da işletme masraflarını artırır.
Sızdırmazlık ekipmanı gereksinimleri: Dışarıdaki parçacıkların içeri girmesini ve hava akışına karışmasını önlemek için hava kanalı sisteminin IP67 koruma derecesine sahip olması gerekir.
Binalar için boyut sınırı: Bina alanı 2m 2m'den fazla ise ve hava akış kanalının uzunluğu akışkanlar mekaniğinin kritik değerinden fazla ise, bölümlenmiş bağımsız rüzgar alanı tasarımına ihtiyaç vardır.
3, Süreç uyarlanabilirliği için karar matrisi
Değerlendirme Boyutu: Hava Akımı Temizleme Teknolojisi, Vakum Temizleme Teknolojisi
Kullanılabilir Proses Elektron Işını Eritme (EBM) ve Lazer Toz Yataklı Eritme (LPBF)
Malzemelerin uyarlanabilirliği: Titanyum alaşımları ve kobalt krom alaşımları gibi aktif malzemeler ve alüminyum alaşımları ve paslanmaz çelik gibi normal malzemeler
Binanın büyüklüğü 0,35m 0,35m 0,38m ile 1m 1m 0,5m arasında olmalıdır (daha büyük yapılabilir).
Yüksek ekipman maliyeti (toplam ekipman maliyetinin %40'ı)
Düşük üretim verimliliği (%25 elektrik süpürgesi kullanımı) ve yüksek (sürekli çalışma yeteneği)
Bunların yaygın olarak kullanıldığı yerler arasında uçak motorları için türbin kanatları, tıbbi implantlar, uçaklar için büyük yapısal parçalar ve araba kalıpları sayılabilir.