Промышленные 3D принтеры для печати металлом по технологии электроннолучевой плавки EBM


10-13 октября 2017 г. в выставочном комплексе Москвы, "Крокус Экспо", в Павильоне №1 будет проходить выставка "Станкостроение 2017". Приглашаем вас посетить выставку и стенд нашей компании. Вы сможете познакомиться с нами лично и получить каталог разнообразных промышленных 3D принтеров, поставляемых нашей компанией.

Так же на нашем стенде под брендом "3D MOSPRINTER" будет продемонстрирован в работе 3D принтер для создания крупных прототипов по фотополимерной смоле SLA600, который может быть продан прямо с экспозиции.

Приглашаем на наш стенд всех желающих приобрести недорогие и качественные промышленные 3D принтеры китайского производства: по фотополимерной смоле, металлу, порошковому пластику, керамике и песчано-полимерной смеси для литьевых форм.

Если вас заинтересовала наша новая продукция, обращайтесь напрямую к ведущему специалисту компании по поставке 3D принтеров по тел: 8-926-956-27-03 или пишите на [email protected]

Технология аддитивной 3D печати металлическим порошком методом электроннолучевой плавки (EBM – Electron Beam Melting)

3D принтер электроннолучевой EBM200.jpg

Промышленные 3D принтеры для печати металлами с помощью электроннолучевой плавки (спекания) предназначены для производства готовых к эксплуатации металлических изделий (деталей). Напечатанные детали при этом могут иметь произвольную форму, внутренние полости, различный коэффициент заполнения (пористости), арочную конструкцию, детали в деталях, выполненные в бионическом дизайне для снижения веса и увеличения прочности изделий.

В мировой практике промышленные 3D принтеры EBM часто используют для производства остеоимплантов (искусственных имплантов костей) по индивидуальным размерам и геометрии костей пациента, снятых с помощью компьютерной томографии. И на то есть ряд серьезных причин. Для построения остеоимплантов используют сплавы титана и нержавеющей стали. В отличие от 3D принтеров SLM, где энергия спекания создается с помощью лазера, электроннолучевые принтеры могут использовать металлические порошки более грубой (крупной) фракции, например 75-120 мкм.

Для использования внутри организма человека шероховатость поверхности остеоимпланта не имеет решающего значения и даже может обеспечить лучшую сращиваемость с остальными тканями организма и прорастание при сетчатой и арочной конструкциях искусственных костей. Более крупные фракции металлических порошков имеют меньшую стоимость, что удешевляет процесс производства.

Так же 3D принтеры, печатающие металлами с помощью электроннолучевой плавки имеют более высокую скорость построения изделия. Сама печать происходит при высокой температуре в камере, в том числе и металлического порошка. Это дает возможность получать готовые изделия высокой степени спекаемости (сплавляемости) без необходимости дополнительной термообработки в вакуумных печах, как при печати по технологии SLM.

В самих изделиях отсутствуют остаточные температурные напряжения, способствующие образованию трещин и последующему разрушению при нагруженной эксплуатации изделий.

Что же представляет из себя аддитивная 3D технология электроннолучевой плавки ЕВМ?

3D принтер EBM электроннолучевой Схема работы.jpg

На поршень элеваторной системы 3D принтера прочно закрепляется съемная платформа построения. В герметичной камере 3D принтера создается вакуум, необходимый для свободного движения электронов. Кстати, принцип работы электроннолучевого принтера сильно напоминает работу кинескопов первых телевизоров.

Рассеянный электронный луч производит прогрев съемной платформы и камеры. Движущаяся каретка наносит и разравнивает первый слой металлического порошка на платформу. Рассеянный луч электронов при необходимости производит дополнительный прогрев слоя порошка. Затем луч фокусируется в точку и на высокой скорости сканирования, в соответствии с программой, начинает сплавлять металлический порошок. Электроны испускаются разогретым до температуры свечения вольфрамовым катодом. Они ускоряются высоким напряжением в 60 кВ, подводимым к аноду, которым является платформа построения и камера с порошком.

Первичный анод служит для улучшения фокусировки электронного луча. Фокусирующая катушка сжимает луч, а сканирующая, производит его отклонение по оси X и Y. Сфокусированный в точку диаметром 0,2 мм, электронный луч мощностью до 3 кВт легко сплавляет даже увеличенный слой металлического порошка. Сканирование магнитным полем луча электронов, летящих со скоростью света абсолютно безинерционно, в отличие от сканирующей системы с зеркалами и лазерами. Оно позволяет перемещать электронный луч с огромной скоростью до 10 км/сек и сплавлять металлический порошок многолучевым способом одновременно на 100 точках!

Что соответствующим образом влияет на увеличение производительности принтера, которая как минимум в два-четыре раза превышает производительность аналогичных лазерных принтеров по металлу. Нужно понимать, что энергетическая насыщенность электроннолучевых 3D принтеров технологии EBM, многократно превышает энергетику существующих моделей лазерных 3D принтеров, работающих по технологии SLM. Хотя и уступает им в точности аддитивного построения изделий.

После сплавления первого слоя металлического порошка, поршень опускается на шаг построения (около 0,2 мм) вниз, каретка наносит и разравнивает следующий слой порошка и происходит следующий цикл зонной электроннолучевой плавки.

Для нивелирования неточности платформы на которой печатается изделие, и выравнивания горизонтальной поверхности, в начале процесса аддитивной печати печатаются ножки - подставки. Требования к их прочности и качеству невысокие, поэтому они печатаются с малой степенью заполнения объема. Следует учесть, что при печати в изделии выделяется большое количество теплоты, поэтому прогрев сканирующим лучом делается только по необходимости. А вообще температура предварительного нагрева поверхности порошка может варьировать в диапазоне 500 - 1000°С в зависимости от материала порошка.

По окончании производства готового изделия, поршень подается вверх, с него с помощью специального промышленного пылесоса и щеточки собирается не использованный металлический порошок.

Внимание! Открывать вакуумную камеру и запускать в нее насыщенный кислородом воздух можно только после остывания камеры. Металлические порошки чрезвычайно пожароопасны и мгновенно воспламеняются на воздухе, особенно когда они разогреты до высокой температуры.

Внимание! Работы по уборке неиспользованного порошка производятся в респираторе, для предотвращения поражения органов дыхания мелкодисперсным металлическим порошком.

После того, как камера остыла и неиспользованный порошок полностью удален, с поршня откручивается платформа построения с приваренным к ней готовым изделием. Затем с помощью вольфрамовой струны на электроэрозионном станке деталь отрезается от платформы. Производится ее дальнейшая механическая обработка для удаления остатков ножек. При необходимости производится пескоструйная обработка для уменьшения шероховатости поверхности изделия.

Дополнительная термообработка деталей в большинстве случаев не требуется. Изделие получается готовым к применению сразу после печати. И это так же влияет на уменьшение себестоимости аддитивной печати металлом на электроннолучевых 3D принтерах. Следует учесть, что в себестоимости аддитивной 3D печати металлическим порошком по лазерной технологии SLM, именно амортизация 3D принтера составляет до 70% себестоимости готового изделия. А вклад в себестоимость достаточно дорогостоящего, на первый взгляд, металлического порошка стоит на втором или третьем месте.

Электроннолучевые 3D принтеры, обладая более высокой производительностью, вносят значительно меньший вклад от амортизации принтера в себестоимость готового изделия и соответственно уменьшают его стоимость.

Технические параметры промышленного электроннолучевого 3D принтера для печати металлом EBM200

Параметры 3D принтера

Значение

Максимальный размер построения 

200x200x240 мм

Точность построения изделия

(Стандарт - Ti6Al4V) ± 0,2 мм

Максимальная мощность электронного луча

3 кВт

Напряжение ускоряющего анода (на порошке)

60 кВ

Сила тока ускоряющего анода

0-50 мА

Тип горячего катода

Вольфрамовая нить

Минимальный диаметр пятна луча

0,2 мм

Максимальная скорость сканирования луча

> 10 км/с

Многолучевое плавление

До 100 точек

Предельный вакуум

<10-2 Pa

Парциальное давление Гелия

0.05-1.0 Pa

Нагрев порошка

Сканирование рассеянным лучом

Температура поверхностного слоя порошка

500-1000 ℃

Система охлаждения 3D принтера

Чиллер, с помощью дистиллированной воды

Наблюдение за процессом построения

Через стекло вакуумной камеры

CAD Интерфейс

Формат файлов STL

Программное обеспечение

Meta Build v1.2, для PC

Размер принтера

2100x1000x2300 мм

Вес принтера

2000 кг

Источник питания

3 фазы, 380 В, 36 А, 8 кВт

Комплектация 3D принтера

  • Промышленный 3D принтер технологии EBM.
  • Чиллер, для системы охлаждения 3D принтера дистиллированной водой.
  • Вакуумная сушильная камера для металлического порошка.
  • Промышленный пылесос.
Опционально:
  • Пневмогидрообразивная машина (пескоструйка).
  • Станок для электроэрозионной резки.
  • Кондиционер и осушитель воздуха.

Требования к помещению для аддитивной 3D печати по металлу электроннолучевым методом:

  • Поддержание стабильного температуро-влажностного режима.
  • Поддержание стабильного температуро-влажностного режима.
  • Температура 20-26 градусов.
  • Влажность менее 40% без конденсата.
  • Для этого помещение для 3D принтинга по металлу следует оборудовать кондиционером и осушителем воздуха.

Виды металлических порошков для аддитивной 3D печати электроннолучевым методом

  • Титан и сплавы на основе титана.
  • Сплавы алюминия.
  • Жаропрочные сплавы стали.
  • Сплавы кобальта и хрома.
  • Нержавеющая сталь 316L.
  • Медные сплавы и многие другие.

Области применения изделий, произведенных на электроннолучевых 3D принтерах по металлу:

  • аэрокосмическая,
  • медицинская,
  • военная,
  • промышленная области.

Преимущества электроннолучевой аддитивной 3Dпечати по технологии (EBM):

  • Высокая производительность 3D принтеров ЕВМ, по сравнению с технологией SLM.
  • Низкая себестоимость изделий.
  • Использует менее дорогой металлический порошок более крупных фракций.
  • Возможность вторичного использования металлического порошка после его просеивания и вакуумной сушки.
  • Управление электронным лучом производится магнитными полями.
  • Отсутствуют дорогостоящие оптические зеркала и германиевые или алмазные линзы.
  • Безинерционное управление электронным лучом дает высочайшую скорость сканирования.
  • Рассеивание луча позволяет подогревать металлический порошок без использования дополнительных нагревателей и получать высокую плотность изделий.
  • Успешно применяется для производства ортопедических костных имплантов (остеоимплантов) из титана, выполненных пористыми и арочными, способствующими остеоинтеграции - сращиванию костных тканей с имплантантом (имплантом).
  • Позволяет печатать изделия из двух разных материалов с постепенным градиентом изменения состава по оси Z.
  • Позволяет создавать жаростойкие форсунки и лопатки газовых турбин, включая реактивные двигатели. Кроме того, используется для создания несущих титановых элементов крыла самолета.
  • Применяется для создания элементов ракетных двигателей: камер сгорания и форсунок со стойкостью к температурам свыше 3000°С. Где высокое давление и температура требуют использования тугоплавких и прочных материалов – таких, как титан.
  • Не ограничено геометрической сложностью изготовляемых деталей без необходимости последующей сборки или сварки.
  • Возможность печати внутренних полостей и деталей в деталях.

Минусы электроннолучевой аддитивной 3D технологии (EBM):

  • Достаточно малый размер камеры построения.
  • Повышенная шероховатость, напечатанных изделий.
  • При работе 3D принтера имеет место рентгеновское тормозное излучение, от которого необходима защита, как оборудования, так и обслуживающего персонала.
  • Необходима защита органов дыхания обслуживающего персонала от мелкодисперсного металлического порошка.
  • Склонность к возгоранию металлических порошков титана и стали.

Китай - первая экономика мира, и крупнейший в мире производитель 3D принтеров.

Качество китайских 3D принтеров часто превышает американские и немецкие аналоги, из-за массового производства и применения. По желанию заказчика в 3D принтерах используются американские лазеры и немецкие сканеры, японские серводвигатели, тайваньские контролеры. Промышленные 3D принтеры и программное обеспечение дорабатывается и улучшается каждые 2 недели. По всему Китаю работают сотни центров прототипирования для обеспечения качественными прототипами и готовыми изделиями мощнейшей с мире промышленности Китая.

Сопутствующие товары

Автор статьи директор компании «Мосиндуктор»
© 2017 Кучеров Вячеслав Васильевич
Авторские права защищены.
Гарантируется судебное преследование
за размещение статьи или ее части
на любом сайте кроме www.mosinductor.ru