МД (1194692), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Данная технология зачастую классифицируется как метод быстрого производства. Электроннолучевая плавка (EBM) схожа с выборочной лазерной плавкой (SLM) – главноеотличие 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 мощностидля сплавки металлического порошка в вакуумной камере с образованием последовательных слоев, повторяющих контуры цифровой модели.
В отличие оттехнологий спекания, электронно-лучевая плавка позволяет создавать деталиособо высокой плотности и прочности.Этот метод производства деталей произвольных форм позволяет создаватьметаллические модели высокой плотности из металлического порошка. Готовые изделия практически не отличаются от литых деталей по механическимсвойствам. Устройство считывает данные с файла, содержащего трехмернуюцифровую 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. Такимобразом, не требуется обжигание напечатанной модели для достижения необходимой механической прочности. Этот аспект позволяет классифицироватьEBM в одном ряду с выборочной лазерной плавкой (SLM) и отдельно от технологий выборочного лазерного спекания (SLS) и прямого лазерного спеканияметаллов (DMLS), зачастую требующих обжига после печати для достижениямаксимальных прочностных характеристик. В сравнении с SLS, SLM и DMLS,43EBM обладает более высокой скоростью построения за счет более высокоймощности излучателей и электронного, а не электромеханического, отклоненияпучков.Рисунок 24 – Промышленная EBM установка производства компании Arcam ABЭлектронно-лучевая плавка проводится при повышенных фоновых температурах, достигающих порядка 700-1000°C, что позволяет создавать детали, нестрадающие 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 компаниейArcam 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 LimaCorporate, а также американская компания Exactech используют технологиюEBM для производства ацетабулярных чашек (имплантатов тазобедренного сустава).Технология получила применение в аэрокосмической отрасли: Boeing,Lockheed Martin и NASA используют EBM для производства деталей реактив-44ных и ракетных двигателей, а также несущих элементов конструкции летательных аппаратов.1.3.11 Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) – технология аддитивногопроизводства металлических изделий, разработанная компанией EOS из Мюнхена (рис.
25). DMLS зачастую путают со схожими технологиями выборочноголазерного спекания («Selective Laser Sintering» или SLS) и выборочной лазерной плавки («Selective Laser Melting» или SLM) [18].Процесс включает использование трехмерных моделей в формате STL в качестве чертежей для построения физических моделей. Трехмерная модель подлежит цифровой обработке для виртуального разделения на тонкие слои с толщиной, соответствующей толщине слоев, наносимых печатным устройством.Готовый «построечный» файл используется как набор чертежей во время печати. В качестве нагревательного элемента для спекания металлического порошкаиспользуются оптоволоконные лазеры относительно высокой мощности – порядка 200Вт.
Некоторые устройства используют более мощные лазеры с повышенной скоростью сканирования (т.е. передвижения лазерного луча) для болеевысокой производительности. Как вариант, возможно повышение производительности за счет использования нескольких лазеров.Порошковый материал подается в рабочую камеру в количествах, необходимых для нанесения одного слоя. Специальный валик выравнивает поданныйматериал в ровный слой и удаляет излишний материал из камеры, после чеголазерная головка спекает частицы свежего порошка между собой и с предыдущим слоем согласно контурам, определенным цифровой моделью.
После завершения вычерчивания слоя, процесс повторяется: валик подает свежий материал и лазер начинает спекать следующий слой. Привлекательной особенностью этой технологии является очень высокое разрешение печати – в среднемоколо 20 микрон. Для сравнения, типичная толщина слоя в любительских и бы45товых принтерах, использующих технологию FDM/FFF, составляет порядка 100микрон.Другой интересной особенностью процесса является отсутствие необходимости построения опор для нависающих элементов конструкции. Неспеченныйпорошок не удаляется во время печати, а остается в рабочей камере. Таким образом, каждый последующий слой имеет опорную поверхность.
Кроме того,неизрасходованный материал может быть собран из рабочей камеры по завершении печати и использован заново. DMLS производство можно считать фактически безотходным, что немаловажно при использовании дорогих материалов – например, драгоценных металлов.Технология практически не имеет ограничений по геометрической сложности построения, а высокая точность исполнения минимизирует необходимостьмеханической обработки напечатанных изделий.Технология DMLS обладает несколькими достоинствами по сравнению страдиционными производственными методами.
Наиболее очевидным являетсявозможность быстрого производства геометрически сложных деталей без необходимости механической обработки (т.н. «субтрактивных» методов – фрезеровки, сверления и пр.). Производство практически безотходно, что выгодноотличает DMLS от субтрактивных технологий. Технология позволяет создаватьнесколько моделей одновременно с ограничением лишь по размеру рабочейкамеры. Построение моделей занимает порядка несколько часов, что несоизмеримо более выгодно, чем литейный процесс, который может занимать до нескольких месяцев с учетом полного производственного цикла.
С другой стороны, детали, произведенные лазерным спеканием, не обладают монолитностью,а потому не достигают тех же показателей прочности, что и отлитые образцы,или детали, произведенные субтрактивными методами.46Рисунок 25 – DMLS принтерНа данный момент установки DMLS применяются только в профессиональной среде из-за высокой стоимости.DMLS активно используется в промышленности ввиду возможности построения внутренних структур цельных деталей, недоступных по сложноститрадиционным методам производства. Детали с комплексной геометрией могутбыть выполнены целиком, а не из составных частей, что благоприятно влияетна качество и стоимость изделий. Так как DMLS не требует специальных инструментов (например, литейных форм) и не производит большого количестваотходов (как в случае с субтрактивными методами), производство мелкосерийных партий с помощью этой технологии намного выгодней, чем за счет традиционных методов.Технология DMLS применяется для производства готовых изделий малого исреднего размера в различных отраслях, включая аэрокосмическую, стоматологическую, медицинскую и др.
Типичный размер области построения существующих установок составляет 250х250х250мм, хотя технологических ограничений на размер не существует – это лишь вопрос стоимости устройства. DMLSиспользуется для быстрого прототипирования, снижая время разработки новыхпродуктов, а также в производстве, позволяя сокращать себестоимость мелкихпартий и упрощать сборку изделий сложной геометрической формы.Северо-западный политехнический университет Китая использует DMLSсистемы для производства элементов конструкции самолетов.
Исследования,47проведенные EADS, также указывают на снижение себестоимости и отходовпри использовании технологии DMLS для производства сложных конструкцийв единичных экземплярах или мелкими партиями.5 сентября 2013 года Илон Маск опубликовал фотографии детали ракетногодвигателя Super Draco, созданной из никель-хромового жаропрочного сплаваInconel с помощью принтера EOS.В качестве расходных материалов могут использоваться практически любыеметаллы и сплавы в порошковой форме. На сегодняшний день успешно применяется нержавеющая сталь, кобальт-хромовые сплавы, титан и прочие материалы.1.3.12 Производство электронно-лучевой плавкой (EBFȝ)Производство произвольных форм электронно-лучевой плавкой (EBFȝ) –новаторский метод аддитивного производства, разработанный Исследовательским центром NASA в Лэнгли (LaRC) под руководством Карен Тамингер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
