Fusione a fascio di elettroni(EBM)
Fusione selettiva a fascio di elettroni (EBSM) Principio
Simile alla sinterizzazione selettiva laser eFusione laser selettivaprocessi, la tecnologia di fusione selettiva a fascio di elettroni (EBSM) è una tecnologia di produzione rapida che utilizza fasci di elettroni ad alta energia e ad alta velocità per bombardare selettivamente la polvere metallica, fondendo e formando così materiali in polvere.
Il processo di EBSM La tecnologia è la seguente: in primo luogo, si stende uno strato di polvere sul piano di distribuzione della polvere; quindi, sotto il controllo del computer, il fascio di elettroni viene fuso selettivamente in base alle informazioni del profilo della sezione trasversale e la polvere metallica viene fusa insieme, legata con il pezzo formato sottostante e accumulata strato per strato fino a quando l'intero pezzo non è completamente fuso; infine, la polvere in eccesso viene rimossa per ottenere il prodotto tridimensionale desiderato. Il segnale di scansione in tempo reale del computer superiore viene trasmesso al giogo di deflessione dopo la conversione digitale-analogica e l'amplificazione di potenza, e il fascio di elettroni viene deflesso sotto l'azione del campo magnetico generato dalla corrispondente tensione di deflessione per ottenere la fusione selettiva. Dopo oltre dieci anni di ricerca, si è scoperto che alcuni parametri di processo come la corrente del fascio di elettroni, la corrente di focalizzazione, il tempo di azione, lo spessore della polvere, la tensione di accelerazione e la modalità di scansione vengono eseguiti in esperimenti ortogonali. Il tempo di azione ha la maggiore influenza sulla formatura.
Vantaggidi EBSM
La tecnologia di formatura diretta dei metalli a fascio di elettroni utilizza fasci di elettroni ad alta energia come fonte di calore di processo. La formatura a scansione può essere eseguita senza inerzia meccanica manipolando la bobina di deflessione magnetica, e l'ambiente sotto vuoto del fascio di elettroni può anche impedire l'ossidazione della polvere metallica durante la sinterizzazione o la fusione in fase liquida. Rispetto al laser, il fascio di elettroni offre i vantaggi di un elevato tasso di utilizzo dell'energia, un'ampia profondità d'azione, un elevato tasso di assorbimento del materiale, stabilità e bassi costi di esercizio e manutenzione. I vantaggi della tecnologia EBM includono un'elevata efficienza di formatura, una ridotta deformazione dei pezzi, l'assenza di supporto metallico durante il processo di formatura, una microstruttura più densa e così via. Il controllo della deflessione e della messa a fuoco del fascio di elettroni è più rapido e sensibile. La deflessione del laser richiede l'uso di uno specchio vibrante, e la velocità di rotazione dello specchio vibrante è estremamente elevata quando il laser esegue scansioni ad alta velocità. Quando la potenza del laser aumenta, il galvanometro richiede un sistema di raffreddamento più complesso e il suo peso aumenta significativamente. Di conseguenza, quando si utilizza una scansione a potenza più elevata, la velocità di scansione del laser sarà limitata. Quando si scansiona un ampio intervallo di formatura, anche la modifica della lunghezza focale del laser risulta difficoltosa. La deflessione e la focalizzazione del fascio di elettroni sono ottenute tramite un campo magnetico. La lunghezza di deflessione e focalizzazione del fascio di elettroni può essere controllata rapidamente e con precisione modificando l'intensità e la direzione del segnale elettrico. Il sistema di focalizzazione e deflessione del fascio di elettroni non viene disturbato dall'evaporazione del metallo. Quando si fonde il metallo con laser e fasci di elettroni, il vapore metallico si diffonde in tutto lo spazio di formatura e riveste la superficie di qualsiasi oggetto a contatto con un film metallico. La deflessione e la focalizzazione dei fasci di elettroni vengono eseguite in un campo magnetico, quindi non vengono influenzate dall'evaporazione del metallo; dispositivi ottici come i galvanometri laser sono facilmente contaminati dall'evaporazione.
Laser Metal Deposizione(LMD)
La deposizione laser di metalli (LMD) è stata proposta per la prima volta dal Sandia National Laboratory negli Stati Uniti negli anni '90 e poi sviluppata in molte parti del mondo. Poiché molte università e istituzioni conducono ricerche in modo indipendente, questa tecnologia ha molti nomi, sebbene i nomi non siano gli stessi, ma i suoi principi sono sostanzialmente gli stessi. Durante il processo di stampaggio, la polvere viene raccolta sul piano di lavoro attraverso l'ugello e anche il raggio laser viene raccolto in questo punto, e i punti di azione della polvere e della luce coincidono, e l'entità di rivestimento impilata si ottiene muovendosi attraverso il tavolo di lavoro o l'ugello.
Tecnologia LENS Utilizza laser di classe kilowatt. A causa dell'ampio spot focale del laser, generalmente superiore a 1 mm, sebbene sia possibile ottenere entità metalliche dense legate metallurgicamente, la loro precisione dimensionale e la finitura superficiale non sono molto buone e sono necessarie ulteriori lavorazioni meccaniche prima dell'utilizzo. Il riporto laser è un processo metallurgico fisico e chimico complesso e i parametri del processo di riporto influiscono notevolmente sulla qualità dei pezzi rivestiti. I parametri di processo nel riporto laser includono principalmente la potenza del laser, il diametro dello spot, la quantità di defocalizzazione, la velocità di alimentazione della polvere, la velocità di scansione, la temperatura del bagno fuso, ecc., che hanno un impatto significativo sul tasso di diluizione, sulla formazione di crepe, sulla rugosità superficiale e sulla compattezza dei pezzi rivestiti. Allo stesso tempo, ciascun parametro si influenza a vicenda, il che rappresenta un processo molto complesso. È necessario adottare metodi di controllo appropriati per gestire i vari fattori che influenzano il processo di riporto entro l'intervallo consentito.
DirettoLaser metallico Sintering(DMLS)
Di solito ci sono due metodi perSLSPer la produzione di componenti metallici, uno è il metodo indiretto, ovvero la SLS (sinterizzazione laser selettiva) di polvere metallica rivestita da polimeri; l'altro è il metodo diretto, ovvero la sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS). Da quando la ricerca sulla sinterizzazione laser diretta di polveri metalliche è stata condotta presso l'Università Chatofci di Lovanio nel 1991, la sinterizzazione diretta di polveri metalliche per formare componenti tridimensionali mediante il processo SLS è diventata uno degli obiettivi finali della prototipazione rapida. Rispetto alla tecnologia SLS indiretta, il principale vantaggio del processo DMLS è l'eliminazione di costose e lunghe fasi di pretrattamento e post-trattamento.
Caratteristiche di DMLS
In quanto branca della tecnologia SLS, la tecnologia DMLS si basa sostanzialmente sullo stesso principio. Tuttavia, è difficile realizzare con precisione parti metalliche con forme complesse mediante la tecnologia DMLS. In ultima analisi, ciò è dovuto principalmente all'effetto di "sferoidizzazione" e alla deformazione per sinterizzazione della polvere metallica durante la DMLS. La sferoidizzazione è un fenomeno in cui la superficie del metallo fuso si trasforma in una superficie sferica sotto la tensione interfacciale tra il metallo liquido e il mezzo circostante, creando un sistema composto dalla superficie del metallo liquido fuso e dalla superficie del mezzo circostante con la minima energia libera. La sferoidizzazione impedisce alla polvere metallica di solidificarsi dopo la fusione per formare un bagno fuso continuo e liscio, quindi le parti formate risultano porose e allentate, con conseguente insuccesso dello stampaggio. A causa della viscosità relativamente elevata della polvere metallica monocomponente nella fase di sinterizzazione in fase liquida, l'effetto di "sferoidizzazione" è particolarmente significativo e il diametro sferico è spesso maggiore del diametro delle particelle di polvere, il che porta alla formazione di un elevato numero di pori nei pezzi sinterizzati. Pertanto, la DMLS della polvere metallica monocomponente presenta evidenti difetti di processo e spesso richiede un trattamento successivo, non il vero significato di "sinterizzazione diretta".
Per superare il fenomeno di "sferoidizzazione" della DMLS a polvere metallica monocomponente e i conseguenti difetti di processo, come la deformazione da sinterizzazione e la perdita di densità, è generalmente possibile utilizzare polveri metalliche multicomponenti con diversi punti di fusione o polveri pre-leganti. Il sistema a polvere metallica multicomponente è generalmente composto da metalli ad alto punto di fusione, metalli a basso punto di fusione e alcuni elementi aggiunti. La polvere metallica ad alto punto di fusione, in quanto scheletro metallico, può mantenere il suo nucleo solido nella DMLS. La polvere metallica a basso punto di fusione viene utilizzata come legante metallico, che viene fusa nella DMLS per formare una fase liquida, la quale riveste, bagna e lega le particelle metalliche in fase solida per ottenere la densificazione tramite sinterizzazione.
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