Elektronenstrahlschmelzen(EBM)
Elektronenstrahlselektives Schmelzen (EBSM) Prinzip
Ähnlich wie beim Laserselektiven Sintern undSelektives LaserschmelzenBei der Elektronenstrahl-Selektivschmelztechnologie (EBSM) handelt es sich um eine schnelle Fertigungstechnologie, bei der hochenergetische und schnelle Elektronenstrahlen zum selektiven Beschuss von Metallpulver verwendet werden, wodurch Pulvermaterialien geschmolzen und geformt werden.
Der Prozess der EBSM Die Technologie funktioniert wie folgt: Zuerst wird eine Schicht Pulver auf einer Pulverstreufläche verteilt. Anschließend wird der Elektronenstrahl computergesteuert entsprechend den Informationen des Querschnittsprofils selektiv geschmolzen. Das Metallpulver schmilzt, verbindet sich mit dem darunter liegenden Formteil und wird Schicht für Schicht aufgetragen, bis das gesamte Teil geschmolzen ist. Abschließend wird überschüssiges Pulver entfernt, um das gewünschte dreidimensionale Produkt zu erhalten. Das Echtzeit-Scansignal des oberen Computers wird nach einer Digital-Analog-Umwandlung und Leistungsverstärkung an das Ablenkjoch übertragen. Der Elektronenstrahl wird unter Einwirkung des durch die entsprechende Ablenkspannung erzeugten Magnetfelds abgelenkt, um ein selektives Schmelzen zu erreichen. Nach über zehnjähriger Forschung wurde festgestellt, dass einige Prozessparameter wie Elektronenstrahlstrom, Fokussierungsstrom, Einwirkungszeit, Pulverdicke, Beschleunigungsspannung und Scanmodus in orthogonalen Experimenten ermittelt wurden. Die Einwirkungszeit hat den größten Einfluss auf die Formgebung.
Vorteilevon EBSM
Die Elektronenstrahl-Direktumformung nutzt hochenergetische Elektronenstrahlen als Wärmequelle. Die Scan-Umformung erfolgt ohne mechanische Trägheit durch Manipulation der magnetischen Ablenkspule. Die Vakuumumgebung des Elektronenstrahls verhindert zudem die Oxidation des Metallpulvers beim Flüssigphasensintern oder Schmelzen. Im Vergleich zum Laser bietet der Elektronenstrahl die Vorteile einer hohen Energieausnutzung, einer großen Einwirkungstiefe, einer hohen Materialabsorptionsrate, Stabilität sowie geringer Betriebs- und Wartungskosten. Zu den Vorteilen der EBM-Technologie zählen unter anderem eine hohe Umformungseffizienz, geringe Bauteilverformung, der Verzicht auf Metallträger während des Umformungsprozesses und eine dichtere Mikrostruktur. Die Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls erfolgt schneller und feinfühliger. Die Ablenkung des Lasers erfordert einen Schwingspiegel, dessen Rotationsgeschwindigkeit bei hohen Scangeschwindigkeiten des Lasers extrem hoch ist. Bei erhöhter Laserleistung benötigt das Galvanometer ein komplexeres Kühlsystem, und sein Gewicht steigt deutlich an. Dadurch wird die Scangeschwindigkeit des Lasers bei höherer Scanleistung begrenzt. Beim Scannen eines großen Formbereichs ist auch das Ändern der Brennweite des Lasers schwierig. Die Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls erfolgen durch ein Magnetfeld. Die Ablenkung und Fokussierungslänge des Elektronenstrahls können schnell und feinfühlig gesteuert werden, indem die Intensität und Richtung des elektrischen Signals geändert werden. Das Ablenk- und Fokussierungssystem des Elektronenstrahls wird durch Metallverdampfung nicht gestört. Beim Schmelzen von Metall mit Lasern und Elektronenstrahlen verteilt sich der Metalldampf im gesamten Formraum und überzieht die Oberfläche aller Objekte, die mit einem Metallfilm in Berührung kommen. Die Ablenkung und Fokussierung der Elektronenstrahlen erfolgt in einem Magnetfeld und wird daher nicht durch Metallverdampfung beeinflusst; optische Geräte wie Lasergalvanometer werden leicht durch Verdampfung verunreinigt.
Laser Metal Ablagerung(LMD)
Die Laser-Metall-Abscheidung (LMD) wurde erstmals in den 1990er Jahren vom Sandia National Laboratory in den USA vorgeschlagen und anschließend weltweit weiterentwickelt. Da viele Universitäten und Institute unabhängig voneinander forschen, hat diese Technologie viele verschiedene Namen. Obwohl die Namen nicht identisch sind, basieren sie im Wesentlichen auf demselben Prinzip. Während des Formprozesses wird das Pulver durch die Düse auf der Arbeitsfläche gesammelt, und auch der Laserstrahl wird an diesem Punkt gesammelt. Die Einwirkungspunkte von Pulver und Licht fallen zusammen, und durch Bewegung durch den Arbeitstisch oder die Düse entsteht eine gestapelte Ummantelung.
LENS-Technologie verwendet Laser der Kilowattklasse. Aufgrund des großen Laserfokusflecks von im Allgemeinen über 1 mm können zwar metallurgisch verbundene dichte Metalleinheiten erhalten werden, deren Maßgenauigkeit und Oberflächengüte sind jedoch nicht sehr gut und müssen vor der Verwendung nachbearbeitet werden. Das Laserauftragschweißen ist ein komplexer physikalischer und chemischer metallurgischer Prozess, und die Parameter des Auftragschweißprozesses haben großen Einfluss auf die Qualität der plattierten Teile. Die Prozessparameter beim Laserauftragschweißen umfassen hauptsächlich Laserleistung, Fleckdurchmesser, Defokussierungsgrad, Pulverzufuhrgeschwindigkeit, Scangeschwindigkeit, Schmelzbadtemperatur usw., die großen Einfluss auf Verdünnungsrate, Rissbildung, Oberflächenrauheit und Kompaktheit der Plattierungsteile haben. Gleichzeitig beeinflussen sich die einzelnen Parameter auch gegenseitig, was einen sehr komplizierten Prozess darstellt. Es müssen geeignete Kontrollmethoden angewendet werden, um die verschiedenen Einflussfaktoren innerhalb des zulässigen Bereichs des Auftragschweißprozesses zu kontrollieren.
DirektMetalllaser Sintering(DMLS)
Normalerweise gibt es zwei Methoden fürSLSZur Herstellung von Metallteilen gibt es die indirekte Methode, d. h. SLS von polymerbeschichtetem Metallpulver; die direkte Methode, d. h. Direktes Metall-Lasersintern (DMLS). Seit 1991 an der Chatofci-Universität in Leuven Forschungen zum direkten Lasersintern von Metallpulver durchgeführt wurden, ist das direkte Sintern von Metallpulver zur Herstellung dreidimensionaler Teile im SLS-Verfahren eines der wichtigsten Ziele des Rapid Prototyping. Im Vergleich zur indirekten SLS-Technologie liegt der Hauptvorteil des DMLS-Verfahrens im Wegfall teurer und zeitaufwändiger Vor- und Nachbehandlungsschritte.
Merkmale von DMLS
Als Teilbereich der SLS-Technologie basiert die DMLS-Technologie grundsätzlich auf demselben Prinzip. Die präzise Herstellung komplexer Metallteile mithilfe der DMLS-Technologie ist jedoch schwierig. Dies liegt vor allem am Sphäroidisierungseffekt und der Sinterverformung des Metallpulvers beim DMLS. Sphäroidisierung ist ein Phänomen, bei dem sich die Oberflächenform der Metallschmelze unter der Grenzflächenspannung zwischen dem flüssigen Metall und dem umgebenden Medium in eine Kugel verwandelt, wodurch ein System aus der Oberfläche der Metallschmelze und der Oberfläche des umgebenden Mediums mit minimaler freier Energie entsteht. Durch die Sphäroidisierung kann das Metallpulver nach dem Schmelzen nicht zu einem durchgehenden, glatten Schmelzbad erstarren. Die geformten Teile sind daher locker und porös, was zu Formfehlern führt. Aufgrund der relativ hohen Viskosität von einkomponentigem Metallpulver im Flüssigphasensinterprozess ist der Sphäroidisierungseffekt besonders gravierend. Der Kugeldurchmesser ist oft größer als der Durchmesser der Pulverpartikel, was zu einer großen Anzahl von Poren in den Sinterteilen führt. Daher weist das DMLS aus einkomponentigem Metallpulver offensichtliche Prozessmängel auf und erfordert häufig eine Nachbehandlung, was nicht dem eigentlichen Sinn des „direkten Sinterns“ entspricht.
Das Sphäroidisierungsphänomen beim DMLS-Verfahren mit einkomponentigen Metallpulvern und die daraus resultierenden Prozessfehler wie Sinterverformung und Dichteverlust lassen sich im Allgemeinen durch die Verwendung von mehrkomponentigen Metallpulvern mit unterschiedlichen Schmelzpunkten oder durch Vorlegierungspulver beheben. Das mehrkomponentige Metallpulversystem besteht im Allgemeinen aus hochschmelzenden Metallen, niedrigschmelzenden Metallen und einigen Zusatzelementen. Das hochschmelzende Metallpulver als Metallskelett kann beim DMLS seinen festen Kern behalten. Das niedrigschmelzende Metallpulver dient als Bindemetall und wird beim DMLS zu einer flüssigen Phase geschmolzen. Die entstandene flüssige Phase umhüllt, benetzt und bindet die festphasigen Metallpartikel, wodurch eine Sinterverdichtung erreicht wird.
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Beitragende: Sammi
