Čo je vhodnejšie na kovovú 3D tlač, vysávanie alebo čistenie prúdením vzduchu?

一, Technológia vákuového čistenia: fyzikálny základ procesu EBM
1. Hlavný spôsob, ako to funguje
V technológii tavenia elektrónovým lúčom (EBM) vysokoenergetické elektrónové lúče roztavia kovové prášky jednu vrstvu po druhej vo vákuu. Jeho vákuový systém má tri hlavné úlohy:
Garancia dráhy elektrónového lúča: Vo vysokom vákuu 4 × 10 ⁻¹ Pa môže priemerná voľná dráha elektrónového lúča dosahovať desiatky metrov. To zabraňuje strate energie pri dopade lúča na molekuly plynu a zaisťuje, že tavný bazén je presný s presnosťou ± 0,2 mm.
Zabránenie oxidácii materiálov: Vo vákuu sa rýchlosť oxidácie aktívnych materiálov, ako je zliatina titánu (Ti6Al4V), zníži o 99,7 % a miera získania prášku sa zvýši zo 75 % pri metóde SLM na 92 ​​%. Náklady na tlač jednej strany sa znížia o 30 %.
Lepší odplyňovací účinok: Vákuové prostredie znižuje rozpustnosť plynu v tavenine o 80 % a pórovitosť z 0,5 % SLM na 0,02 %, čo výrazne zvyšuje únavovú životnosť dielov.
2. Plán uvedenia zariadenia do prevádzky
Napríklad systém EBM od spoločnosti Pfeiffer Vacuum v Nemecku používa troj{0}}úrovňovú architektúru vákua:
Rootsova pumpa a rotačná lopatková pumpa spolupracujú pri poskytovaní hrubého čerpania, čím sa tlak v komore znižuje z atmosférického tlaku na 10⁻¹ Pa len za 3 minúty.
Skupina vysokovákuových čerpadiel: Molekulové čerpadlo a titánové sublimačné čerpadlo pracujú spoločne a vytvárajú vákuum 5 × 10⁻⁵ Pa, čo je najvyššia potreba EBM pre stabilitu elektrónového lúča.
Systém na vyhľadávanie netesností: Héliový hmotnostný spektrometer na detekciu netesností dohliada na tesnenie komory v reálnom čase a udržiava kumulatívnu rýchlosť úniku pod 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s, aby bol proces tlače stabilný na dlhú dobu.
3. Obmedzenia procesu
Existujú v podstate tri spôsoby, ako je čistenie vysávača obmedzené:
Náklady na vybavenie sú vysoké: Systémy vysokého vákua predstavujú až 40 % celkových nákladov na vybavenie EBM a náklady na údržbu sú 2,3-krát vyššie ako pri postupoch SLM.
Obmedzená prispôsobivosť materiálu: funguje iba s procesom tavenia elektrónovým lúčom a nie s technológiami tavenia laserom, ako je SLM.
Obmedzenie výrobného cyklu: Vákuové čerpanie zaberá 25 % výrobného cyklu jedného kusu, vďaka čomu je oveľa menej efektívne pri výrobe veľkých množstiev.
2, Technológia čistenia Airflow: veľký krok vpred v procese LPBF
1. Nové nápady v technológii
EOS vyrobil AirSword pre veľké stroje LPBF (laser powder bed melting). Systém riadenia prúdenia vzduchu prináša tri veľké vylepšenia optimalizáciou dynamiky tekutín:
Dizajn laminovania: Použitím kombinácie kanálov usmerňovača a rebier vedenia vzduchu sa štandardná odchýlka rýchlosti prúdenia vzduchu zníži z obvyklých 1,2 m/s na 0,3 m/s, čím sa zbaví vírivej zóny vo vnútri dutiny.
Regulácia termodynamiky: Rebrá majú vo vnútri cirkulujúcu chladiacu kvapalinu, ktorá zabraňuje zmene teploty prúdenia vzduchu o viac ako 5 stupňov Celzia. Tým sa zabráni zhlukovaniu prášku v dôsledku tepelného namáhania.
Spojenie mnohých fyzikálnych polí: Simulácia CFD sa použila na zlepšenie štruktúry vzduchového potrubia, čo viedlo k účinnosti odstraňovania dymu a prachu 98,7 % na ploche budovy 1,5 m × 1,5 m. To je o 42 % lepšie ako starý spôsob priečneho vetrania.
2. Príklady inžinierskej realizácie
Pri používaní zariadenia AMCM M8K vykazuje systém AirSword™ množstvo výhod:
Ochrana optického systému: Priepustnosť ochrannej šošovky zostáva na úrovni 99,2 % aj po 200 hodinách nepretržitej tlače. To znamená, že cyklus údržby trvá päťkrát dlhšie ako pri štandardných riešeniach.
Lepšie využitie prášku: Hladina kyslíka v komore sa udržiava stabilne pod 50 ppm, čo znižuje rýchlosť oxidácie prášku zliatiny na báze niklu-z 0,8 % na 0,15 %.
Prelom v tom, koľko vecí dokážeme vyrobiť: Čas tlačového cyklu na výrobu leteckých konštrukčných dielov s veľkosťou 1 m 1 m 0,5 m sa skrátil na 72 hodín, čo je o 35 % rýchlejšie ako pri vákuovej metóde.
3. Technické limity
Použitie čistenia prúdením vzduchu je obmedzené nasledujúcimi faktormi:
Obmedzenie aktivity materiálu: Pre materiály, ktoré sú veľmi citlivé na oxidáciu, ako sú zliatiny titánu, je potrebná ochrana inertným plynom (ako je parciálny tlak argónu 99,999 %), čo zvyšuje prevádzkové náklady.
Požiadavky na tesniace zariadenie: Aby sa vonkajšie častice nedostali dovnútra a nezasahovali do prúdenia vzduchu, systém vzduchového potrubia musí mať krytie IP67.
Limit veľkosti pre budovy: Ak je plocha budovy väčšia ako 2 m 2 m a dĺžka kanála prúdenia vzduchu je väčšia ako kritická hodnota mechaniky tekutín, je potrebný oddelený návrh nezávislého veterného poľa.
3, Rozhodovacia matica pre adaptabilitu procesov
Hodnotiaca dimenzia: Airflow Cleaning Technology, Vacuum Cleaning Technology
Použiteľné procesné tavenie elektrónovým lúčom (EBM) a tavenie laserového prášku (LPBF)
Prispôsobivosť materiálov: Aktívne materiály, ako sú zliatiny titánu a zliatiny kobaltu a chrómu, a bežné materiály, ako sú zliatiny hliníka a nehrdzavejúca oceľ
Veľkosť budovy musí byť medzi 0,35 m 0,35 m 0,38 m a 1 m 1 m 0,5 m (môže byť väčšia).
Vysoké náklady na vybavenie (40% z celkových nákladov na vybavenie)
Nízka efektivita výroby (25% využitie vysávača) a vysoká (schopnosť bežať po celú dobu)
Niektoré bežné miesta na ich použitie sú lopatky turbín leteckých motorov, lekárske implantáty, obrovské konštrukčné diely pre lietadlá a formy pre autá.