Fusion par faisceau d'électrons(EBM)
Fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM) Principe
Similaire au frittage sélectif au laser etFusion sélective par laserLa technologie de fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM) est une technologie de fabrication rapide qui utilise des faisceaux d'électrons à haute énergie et à grande vitesse pour bombarder sélectivement la poudre métallique, faisant ainsi fondre et former des matériaux en poudre.
Le processus des EBSM La technologie est la suivante : une couche de poudre est d'abord étalée sur le plan d'étalement ; puis, sous contrôle informatique, le faisceau d'électrons est fondu sélectivement en fonction du profil de la section transversale. La poudre métallique est ensuite fondue, liée à la pièce formée en dessous, puis empilée couche par couche jusqu'à fusion complète. Enfin, l'excédent de poudre est éliminé pour obtenir le produit tridimensionnel souhaité. Le signal de balayage en temps réel de l'ordinateur supérieur est transmis à la culasse de déviation après conversion numérique-analogique et amplification de puissance. Le faisceau d'électrons est alors dévié sous l'action du champ magnétique généré par la tension de déviation correspondante pour obtenir une fusion sélective. Après plus de dix ans de recherche, il a été constaté que certains paramètres du procédé, tels que le courant du faisceau d'électrons, le courant de focalisation, le temps d'action, l'épaisseur de la poudre, la tension d'accélération et le mode de balayage, sont mesurés lors d'expériences orthogonales. Le temps d'action a la plus grande influence sur le formage.
Avantagesde l'EBSM
La technologie de formage direct des métaux par faisceau d'électrons utilise des faisceaux d'électrons à haute énergie comme source de chaleur. Le formage par balayage peut être réalisé sans inertie mécanique grâce à la manipulation de la bobine de déviation magnétique. L'environnement sous vide du faisceau d'électrons empêche également l'oxydation de la poudre métallique lors du frittage ou de la fusion en phase liquide. Comparé au laser, le faisceau d'électrons présente les avantages suivants : taux d'utilisation énergétique élevé, grande profondeur d'action, taux d'absorption de matière élevé, stabilité et faibles coûts d'exploitation et de maintenance. La technologie EBM offre notamment des avantages tels qu'une grande efficacité de formage, une faible déformation des pièces, l'absence de support métallique pendant le formage, une microstructure plus dense, etc. La déviation et le contrôle de la focalisation du faisceau d'électrons sont plus rapides et plus précis. La déviation du laser nécessite l'utilisation d'un miroir vibrant, dont la vitesse de rotation est extrêmement élevée lorsque le laser effectue un balayage à grande vitesse. Lorsque la puissance laser augmente, le galvanomètre nécessite un système de refroidissement plus complexe et son poids augmente considérablement. Par conséquent, lors d'un balayage à plus forte puissance, la vitesse de balayage du laser est limitée. Lors du balayage d'une large plage de formage, il est également difficile de modifier la distance focale du laser. La déviation et la focalisation du faisceau d'électrons sont assurées par un champ magnétique. La longueur de déviation et de focalisation du faisceau d'électrons peut être contrôlée rapidement et avec précision en modifiant l'intensité et la direction du signal électrique. Le système de déviation et de focalisation du faisceau d'électrons n'est pas perturbé par l'évaporation du métal. Lors de la fusion du métal avec des lasers et des faisceaux d'électrons, la vapeur métallique se diffuse dans l'espace de formage et recouvre la surface de tout objet en contact avec un film métallique. La déviation et la focalisation des faisceaux d'électrons s'effectuent dans un champ magnétique, de sorte qu'elles ne sont pas affectées par l'évaporation du métal ; les dispositifs optiques tels que les galvanomètres laser sont facilement pollués par l'évaporation.
Laser Moital Déposition(LMD)
Le dépôt de métal par laser (LMD) a été proposé pour la première fois par le laboratoire national Sandia aux États-Unis dans les années 1990, puis développé successivement dans de nombreuses régions du monde. Étant donné que de nombreuses universités et institutions mènent des recherches indépendantes, cette technologie porte de nombreux noms, bien que différents, mais dont les principes restent fondamentalement les mêmes. Lors du moulage, la poudre est recueillie sur le plan de travail par la buse, et le faisceau laser est également recueilli jusqu'à ce point. Les points d'action de la poudre et de la lumière coïncident, et le placage empilé est obtenu par déplacement à travers la table de travail ou la buse.
Technologie LENS Utilise des lasers de classe kilowatt. En raison de la taille importante du point focal laser, généralement supérieur à 1 mm, bien que des éléments métalliques denses liés métallurgiquement puissent être obtenus, leur précision dimensionnelle et leur état de surface sont insuffisants, nécessitant un usinage supplémentaire avant utilisation. Le placage laser est un procédé métallurgique physico-chimique complexe, dont les paramètres influencent fortement la qualité des pièces plaquées. Parmi les principaux paramètres du procédé, on trouve la puissance laser, le diamètre du point focal, le degré de défocalisation, la vitesse d'alimentation en poudre, la vitesse de balayage et la température du bain de fusion. Ces paramètres ont un impact important sur le taux de dilution, la fissuration, la rugosité de surface et la compacité des pièces plaquées. Par ailleurs, chaque paramètre s'influence mutuellement, ce qui rend le procédé très complexe. Des méthodes de contrôle appropriées doivent être adoptées pour maîtriser les différents facteurs d'influence dans les limites autorisées du procédé de placage.
DirectLaser métallique Sentreing(DMLS)
Il existe généralement deux méthodes pourSLSPour la fabrication de pièces métalliques, l'une est la méthode indirecte, c'est-à-dire le frittage laser de poudre métallique revêtue de polymère ; l'autre est la méthode directe, c'est-à-dire le frittage laser direct de métal (DMLS). Depuis les recherches sur le frittage laser direct de poudre métallique menées à l'Université Chatofci de Louvain en 1991, le frittage direct de poudre métallique pour former des pièces tridimensionnelles par le procédé SLS est l'un des objectifs ultimes du prototypage rapide. Comparé à la technologie SLS indirecte, le principal avantage du procédé DMLS est l'élimination des étapes de prétraitement et de post-traitement coûteuses et chronophages.
Caractéristiques de DMLS
En tant que branche de la technologie SLS, la technologie DMLS repose essentiellement sur le même principe. Cependant, il est difficile de former avec précision des pièces métalliques aux formes complexes par DMLS. En fin de compte, cela est principalement dû à l'effet de « sphéroïdisation » et à la déformation par frittage de la poudre métallique en DMLS. La sphéroïdisation est un phénomène par lequel la surface du métal en fusion se transforme en une surface sphérique sous l'effet de la tension interfaciale entre le métal liquide et le milieu environnant, afin de créer un système composé de la surface du métal en fusion et de la surface du milieu environnant avec une énergie libre minimale. La sphéroïdisation empêche la poudre métallique de se solidifier après la fusion pour former un bain de fusion continu et lisse, ce qui rend les pièces formées lâches et poreuses, ce qui entraîne un échec du moulage. En raison de la viscosité relativement élevée de la poudre métallique monocomposante lors du frittage en phase liquide, l'effet de « sphéroïdisation » est particulièrement prononcé. Le diamètre sphérique est souvent supérieur à celui des particules de poudre, ce qui entraîne la formation d'un grand nombre de pores dans les pièces frittées. Par conséquent, le frittage direct direct (DMLS) de la poudre métallique monocomposante présente des défauts de procédé évidents et nécessite souvent un traitement ultérieur, sans que l'on puisse parler de frittage direct.
Afin de surmonter le phénomène de « sphéroïdisation » des poudres métalliques monocomposantes DMLS et les défauts de procédé qui en résultent, tels que la déformation au frittage et la perte de densité, on peut généralement utiliser des poudres métalliques multicomposants à différents points de fusion ou des poudres de préalliage. Le système de poudres métalliques multicomposants est généralement composé de métaux à point de fusion élevé, de métaux à point de fusion bas et de quelques éléments ajoutés. La poudre métallique à point de fusion élevé, qui constitue le squelette métallique, conserve son noyau solide dans le DMLS. La poudre métallique à point de fusion bas sert de liant métallique. Elle est fondue dans le DMLS pour former une phase liquide. Cette phase liquide enrobe, mouille et lie les particules métalliques de la phase solide afin de réaliser la densification par frittage.
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Contributeur : Sammi
