13 Электроннолучевое плавление (ElectronBeamMelting или ebm). Сравнение плавления порошков методом евм с методом лазерного спекания slmтехнологии
 Скачать 28.7 Kb.
|
|
13 Электронно-лучевое плавление (ElectronBeamMelting или EBM). Сравнение плавления порошков методом ЕВМ с методом лазерного спекания SLM-технологии. Электронно-лучевая плавка (EBM) – метод аддитивного производства металлических изделий. Данная технология зачастую классифицируется как метод быстрого производства. EBM схожа с выборочной лазерной плавкой (SLM) – главное отличие 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 мощности для сплавки металлического порошка в вакуумной камере с образованием последовательных слоев, повторяющих контуры цифровой модели. В отличие от технологий спекания, электронно-лучевая плавка позволяет создавать детали особо высокой плотности и прочности. Этот метод производства деталей произвольных форм позволяет создавать металлические модели высокой плотности из металлического порошка. Готовые изделия практически не отличаются от литых деталей по механическим свойствам. Устройство считывает данные с файла, содержащего трехмерную цифровую 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. Электронно-лучевая плавка проводится при повышенных фоновых температурах, достигающих порядка 700-1000°C, что позволяет создавать детали, не страдающие 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. Применение технологии EBM-принтерами от Arcam AB пользуются в десятке стран. У них есть две основные сферы применения. Аэрокосмическая. Прочные и относительно легкие детали из титана и его сплавов, производимые по данной методике, пользуются популярностью в авиации и космонавтике. Для изготовления частей двигателей и несущих конструкций EBM применяют в летательных аппаратах агентства NASA, а также корпораций Boeing и Lockheed Martin. Протезирование. Протезы и имплантаты, изготовленные при помощи электронно-лучевой плавки, оценены как достаточно точные, чтобы эффективно применяться в медицине. А благодаря высокой биосовместимости титана и кобальта, такие протезы абсолютно безопасны для организма человека. Расходный материал в EBM-печати Компания Arcam AB также выпускает сырье для своих аппаратных устройств. Оно делится на два типа, которые выпускаются в виде порошка с гранулами размером 45-100 мкм:
Билет№14Материалы применяемые при технологиях спекания(плавления) порошков. Спекание – сложный физико-химический процесс. В нем сочетаются явления, в первую очередь определяющие перенос массы, и явления, зависящие от взаимодействия компонентов и состава газовой атмосферы, в которой происходит спекание. Порошковые конструкционные материалы наиболее распространенный вид порошковой металлургии общемашиностроительного и приборостроительного назначения. Потребность в этой группе деталей превышает 60 % всей потребности в порошковых материалах. Любой порошковый материал в той или иной мере может быть конструкционным. Однако собственно конструкционными считают те, которые предназначены для изготовления различных деталей машин, механизмов и приборов. Малонагруженные детали наиболее целесообразно изготавливать из железного порошка или шихт на его основе с добавками углерода, холодным прессованием и спеканием при Т ³0,8 Тпл. Для обеспечения геометричности изделия пропитывают металлическими или неметаллическими расплавами, органическими мономерами (в этом случае с последующей полимеризацией). Умереннонагруженные порошковые детали изготавливают из порошков углеродистых или низколегированных сталей пористостью 10-15% однократным или двойным прессованием и спеканием. При необходимости (для деталей повышенной сложности) применяют механическую обработку, для деталей простой и средней сложности калибрование. Средненагруженные детали изготавливают из порошков углеродистых или легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Тяжелонагруженные детали изготавливают из гомогенных порошков легированных сталей. Получают горячей штамповкой, пропиткой с последующей термической, химико-термической или термомеханической обработкой. При горячем прессовании используют температуру 800÷1300ºС. При необходимости на детали этой группы наносят защитные или декоративные покрытия Углеродистые стали. Исходные стальные порошки или смесь порошков железа и графита прессуют при давлении 400 - 600 МПа. Обеспечивая повышенную плотность заготовок, которые затем спекают при 1150 - 1200 оС в течение 1,5-2 ч в атмосфере водорода, диссоциированного аммиака или эндогаза. При этом структура получается достаточно мелкозернистая в основном из-за наличия пор, тормозящих рост частиц. Легированные стали. В основном изделия получают из коррозионно-стойких хромистых и хромоникелевых, мартенситно-стареющих и высокомарганцевых сталей. При изготовлении изделий из хромистых и хромоникелевых сталей исходный порошок, полученный совместным восстановлением оксидов гидридом кальция или распылением расплава, иногда с добавкой до 0,4% Р и 0,1 % С прессуют в пресс-формах или формуют в гидростатах при давлении 400-700 МПа и спекают при 1200-1250 °С в течение 1,5-2,5 ч в защитной атмосфере. Билет№15 Процесс ламинирования листовых(слоистых) материалов Изготовление объектов методом ламинирования (LOM) – технология быстрого прототипирования, разработанная компанией Helisys Inc. Метод подразумевает последовательное склеивание листового материала (бумаги, пластика, металлической фольги) с формированием контура каждого слоя с помощью лазерной резки. Объекты, производимые этим методом, обычно подлежат дополнительной механической обработке после печати. Толщина наносимого слоя напрямую зависит от толщины используемого листового материала. Компания Mcor Technologies использует вариант технологии, получивший название «Выборочное ламинирование» или SDL. Этот метод предусматривает нанесения клея только в местах, входящих в состав расчетной модели, что облегчает процесс удаления лишнего материала. В отличие от стандартной технологии на основе лазерной резки, SDL использует механическую резку с помощью лезвия из карбида вольфрама. Это позволяет несколько снизить стоимость устройств. Процесс: Процесс печати протекает следующим образом: -Лист материала с клейким покрытием наносится на рабочую платформу (или нижние слои модели) с помощью разогретого ролика. -Контур слоя вычерчивается с помощью лазера. -Лишний материал режется лазером на мелкие секции для упрощения процедуры удаления. -Платформа с готовым слоем передвигается вниз. -В рабочую камеру подается новый лист материала. -Платформа поднимается вверх до контакта с новым материалом. -Цикл повторяется до завершения постройки модели, после чего лишний материал удаляется, и производится завершающая механическая обработка изделия (сверление, шлифовка и пр.) Особенности: Низкая себестоимость благодаря общедоступности расходных материалов. Бумажные модели приближаются по физическим характеристикам к древесине, что позволяет проводить соответствующую механическую обработку. Разрешение печати несколько уступает таким высокоточным методам, как стереолитография (SLA) или выборочное лазерное спекание (SLS). Технология допускает производство достаточно крупногабаритных моделей. Теоретически в подобной технологии могут использоваться самые различные материалы, такие как: - пластик; - композитив; - металлическая фольга или тонкие металлы; -керамика; - обычная или ламинированная бумага; - полимерная пленка. Билет№16 Ультрозвуковое аддитивное производство (УАП). Параметры процесса УАП. Ультразвуковые 3D-принтеры печатают тонкими металлическими лентами, прессуемыми поверх субстрата или предыдущих слоев вибрирующим роликом. Высокочастотные вибрации вызывают разрушение поверхностных пленок, а затем схватывание между слоями. Хотя в процессе и выделяется тепло, плавления не происходит. Например, при работе с алюминием температура не превышает 120°С. В процессе создается реальная железная связь, так крепкая, что подходит для работы с металлами, такими как алюминий, медь, нержавеющая сталь и титан. Объединив способности аддитивного и субтрактивного процессов, УАП может создавать глубочайшие выемки, полые, решетчатые либо сотовые внутренние структуры, также при помощи субтрактивных производственных процессов можно создавать другие сложные геометрические формы. Это обеспечивает разнородные железные оболочки, создание необычных сплавов металла, также возможность встраивать объекты либо детекторы в железную базу. Используя технологию УАП, клиенты будут иметь возможность создавать сложные детали, которые владеют уникальными особенностями и качествами, при всем этом их нереально сделать при помощи обычных производственных технологий. Не считая того, детали, которые в текущее время выполняются обычным образом, можно будет сделать с еще наименьшими отходами, а это очень принципиальный фактор, так как более дорогие, функциональные материалы станут более доступными. Механическая обработка необходима для обрезания свежих слоев по контурам и пост-обработки поверхностей после печати. В результате получаются высокоплотные, практически однородные металлические изделия. Интересно и то, что технология позволяет комбинировать различные металлы и сплавы, плохо поддающиеся обычной сварке из-за разницы в температурах плавления, коэффициентах теплового расширения и образования хрупких интерметаллидов. Например, можно изготавливать легкую броню с высоким уровнем баллистической защиты, комбинируя слои титана и алюминия. Более того, достаточно низкие рабочие температуры делают этот метод аддитивного производства единственным, позволяющим встраивать электронику в цельнометаллические изделия прямо во время производства. Наконец, технология отличается высокой производительностью. 3D-принтеры SonicLayer способны наращивать от 245 до 490 см³ в час. Габариты выстраиваемых изделий тоже внушают: например, SonicLayer 7200 обладает областью построения в 1,8х1,8х0,9 метра, хотя есть и более компактные варианты. |