Fusione mediante fascio di elettroni(EBM)
Fusione selettiva mediante fascio di elettroni (EBSM) Principio
Simile alla sinterizzazione selettiva laser eFusione laser selettivaLa tecnologia di fusione selettiva a fascio di elettroni (EBSM) è una tecnologia di produzione rapida che utilizza fasci di elettroni ad alta energia e alta velocità per bombardare selettivamente la polvere metallica, fondendo e formando così i materiali in polvere.
Il processo EBSM La tecnologia funziona come segue: innanzitutto, si stende uno strato di polvere sul piano di stesura; quindi, sotto controllo computerizzato, il fascio di elettroni fonde selettivamente in base alle informazioni del profilo della sezione trasversale, e la polvere metallica si fonde insieme, legandosi alla parte formata sottostante e accumulandosi strato dopo strato fino a quando l'intera parte non è completamente fusa; 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.
DettagliDi EBSM
La tecnologia di formatura diretta dei metalli a fascio di elettroni utilizza fasci di elettroni ad alta energia come fonte di calore per il processo. La formatura per scansione può essere eseguita senza inerzia meccanica manipolando la bobina di deflessione magnetica, e l'ambiente sottovuoto 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 presenta i vantaggi di un elevato tasso di utilizzo dell'energia, una grande profondità di azione, un alto 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 bassa deformazione del pezzo, l'assenza di necessità di supporti metallici 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 preciso. 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 scansiona 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 ad alta potenza, la velocità di scansione del laser sarà limitata. Quando si scansiona un'ampia area di formatura, anche la modifica della lunghezza focale del laser risulta complessa. La deflessione e la focalizzazione del fascio di elettroni vengono ottenute tramite un campo magnetico. La lunghezza di deflessione e focalizzazione del fascio di elettroni può essere controllata in modo rapido e preciso modificando l'intensità e la direzione del segnale elettrico. Il sistema di deflessione e focalizzazione del fascio di elettroni non risente dell'evaporazione del metallo. Quando si fonde il metallo con laser e fasci di elettroni, il vapore metallico si diffonde nell'area di formatura e ricopre la superficie di qualsiasi oggetto a contatto con il film metallico. La deflessione e la focalizzazione dei fasci di elettroni avvengono interamente in un campo magnetico, pertanto non vengono influenzate dall'evaporazione del metallo; al contrario, i dispositivi ottici come i galvanometri laser sono facilmente soggetti a contaminazione da 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 successivamente sviluppata in molte parti del mondo. Poiché numerose università e istituti conducono ricerche in modo indipendente, questa tecnologia è conosciuta con diversi nomi, ma sebbene le denominazioni non siano identiche, i principi di base rimangono sostanzialmente gli stessi. Durante il processo di stampaggio, la polvere viene depositata sul piano di lavoro attraverso l'ugello, e il raggio laser viene convogliato in questo punto. In questo modo, i punti di contatto tra polvere e luce coincidono, e il materiale di rivestimento viene ottenuto mediante il movimento attraverso il piano di lavoro o l'ugello.
Tecnologia delle lenti Utilizza laser di classe kilowatt. A causa dell'ampio punto 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 ottimali e richiedono ulteriori lavorazioni prima dell'uso. La placcatura laser è un processo metallurgico fisico-chimico complesso e i parametri del processo di placcatura hanno una grande influenza sulla qualità dei pezzi placcati. I parametri di processo nella placcatura laser includono principalmente la potenza del laser, il diametro del punto, la quantità di defocalizzazione, la velocità di alimentazione della polvere, la velocità di scansione, la temperatura del bagno fuso, ecc., che hanno un grande impatto sul tasso di diluizione, sulle cricche, sulla rugosità superficiale e sulla compattezza dei pezzi placcati. Allo stesso tempo, ogni parametro influenza anche gli altri, il che rende il processo molto complesso. È necessario adottare metodi di controllo appropriati per controllare i vari fattori di influenza entro l'intervallo consentito del processo di placcatura.
DirettoLaser per metalli Sintering(DMLS)
Di solito ci sono due metodi perSLSPer la produzione di componenti metallici, esistono due metodi principali: il metodo indiretto, ovvero la sinterizzazione laser selettiva (SLS) di polveri metalliche rivestite di polimero; il metodo diretto, ovvero la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS). Fin dai primi studi sulla sinterizzazione laser diretta di polveri metalliche condotti presso l'Università Chatofci di Lovanio nel 1991, la sinterizzazione diretta di polveri metalliche per la realizzazione di componenti tridimensionali tramite processo SLS rappresenta uno degli obiettivi principali della prototipazione rapida. Rispetto alla tecnologia SLS indiretta, il principale vantaggio del processo DMLS risiede nell'eliminazione delle costose e lunghe fasi di pre-trattamento e post-trattamento.
Caratteristiche di DMLS
Come branca della tecnologia SLS, la tecnologia DMLS si basa sostanzialmente sullo stesso principio. Tuttavia, con la tecnologia DMLS è difficile formare con precisione parti metalliche di forme complesse. In definitiva, ciò è dovuto principalmente all'effetto di "sferoidizzazione" e alla deformazione da sinterizzazione della polvere metallica nel processo DMLS. La sferoidizzazione è un fenomeno per cui la forma della superficie del metallo fuso si trasforma in una superficie sferica sotto l'effetto della tensione interfacciale tra il metallo liquido e il mezzo circostante, al fine di minimizzare l'energia libera del sistema composto dalla superficie del metallo fuso e dalla superficie del mezzo circostante. La sferoidizzazione impedisce alla polvere metallica di solidificarsi dopo la fusione, formando una pozza fusa continua e uniforme; di conseguenza, le parti formate risultano porose e irregolari, con conseguente fallimento 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 accentuato e il diametro delle sfere risulta spesso maggiore del diametro delle particelle di polvere, il che porta alla formazione di un elevato numero di pori nei pezzi sinterizzati. Pertanto, il processo DMLS di polvere metallica monocomponente presenta evidenti difetti e spesso richiede un trattamento successivo, non rappresentando quindi una vera e propria "sinterizzazione diretta".
Per superare il fenomeno di "sferoidizzazione" delle polveri metalliche monocomponenti nel processo DMLS e i conseguenti difetti di processo, come la deformazione da sinterizzazione e la bassa densità, si possono generalmente utilizzare polveri metalliche multicomponenti con diversi punti di fusione o polveri pre-legate. Il sistema di polveri metalliche multicomponenti 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, fungendo da scheletro metallico, mantiene il suo nucleo solido nel processo DMLS. La polvere metallica a basso punto di fusione funge da legante, fondendosi nel processo DMLS per formare una fase liquida; questa fase liquida riveste, bagna e lega le particelle metalliche in fase solida, consentendo la densificazione per sinterizzazione.
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