전자빔 용융(EBM)
전자빔 선택적 용융(EBSM) 원칙
레이저 선택적 소결과 유사선택적 레이저 용융전자빔 선택적 용융 기술(EBSM)은 고에너지, 고속 전자빔을 사용하여 금속 분말을 선택적으로 폭격하여 분말 재료를 용융하고 형성하는 고속 제조 기술입니다.
EBSM의 과정 이 기술은 다음과 같습니다. 먼저, 분말 도포면에 분말 층을 도포합니다. 그런 다음, 컴퓨터 제어 하에 단면 프로파일 정보에 따라 전자빔을 선택적으로 용융합니다. 금속 분말은 함께 용융되어 아래 성형 부품과 접합되고, 전체 부품이 완전히 용융될 때까지 층층이 쌓입니다. 마지막으로, 잉여 분말을 제거하여 원하는 3차원 제품을 얻습니다. 상단 컴퓨터의 실시간 스캐닝 신호는 디지털-아날로그 변환 및 전력 증폭 후 편향 요크로 전송되고, 해당 편향 전압에 의해 생성된 자기장의 작용으로 전자빔이 편향되어 선택적 용융을 달성합니다. 10년 이상의 연구 끝에 전자빔 전류, 집속 전류, 동작 시간, 분말 두께, 가속 전압, 스캐닝 모드와 같은 일부 공정 변수는 직교 실험에서 수행된다는 것을 발견했습니다. 동작 시간은 성형에 가장 큰 영향을 미칩니다.
장점EBSM의
전자빔 직접 금속 성형 기술은 고에너지 전자빔을 가공 열원으로 사용합니다. 자기 편향 코일을 조작하여 기계적 관성 없이 스캐닝 성형을 수행할 수 있으며, 전자빔의 진공 환경은 액상 소결 또는 용융 과정에서 금속 분말의 산화를 방지할 수 있습니다. 레이저와 비교하여 전자빔은 높은 에너지 이용률, 넓은 작용 깊이, 높은 재료 흡수율, 안정성, 낮은 운영 및 유지보수 비용 등의 장점을 가지고 있습니다. EBM 기술의 장점은 높은 성형 효율, 낮은 부품 변형, 성형 공정 중 금속 지지대 불필요, 더 조밀한 미세 구조 등을 포함합니다. 전자빔 편향 및 초점 제어는 더 빠르고 민감합니다. 레이저 편향에는 진동 거울 사용이 필요하며, 레이저가 고속으로 스캐닝할 때 진동 거울의 회전 속도가 매우 빠릅니다. 레이저 출력이 증가하면 검류계는 더 복잡한 냉각 시스템을 필요로 하고 무게도 크게 증가합니다. 결과적으로 고출력 스캐닝을 사용할 경우 레이저의 스캐닝 속도가 제한됩니다. 넓은 성형 범위를 스캐닝할 때 레이저 초점 거리를 변경하는 것도 어렵습니다. 전자빔의 편향과 집속은 자기장에 의해 이루어집니다. 전자빔의 편향과 집속 거리는 전기 신호의 강도와 방향을 변경하여 빠르고 민감하게 제어할 수 있습니다. 전자빔 편향 집속 시스템은 금속 증발에 의해 방해받지 않습니다. 레이저와 전자빔으로 금속을 용융할 때, 금속 증기는 성형 공간 전체로 확산되어 금속 필름과 접촉하는 모든 물체의 표면을 코팅합니다. 전자빔의 편향과 집속은 모두 자기장 내에서 이루어지므로 금속 증발의 영향을 받지 않습니다. 레이저 검류계와 같은 광학 장치는 증발에 의해 쉽게 오염됩니다.
레이저 미탈 침적(LMD)
레이저 금속 증착(LMD)은 1990년대 미국 샌디아 국립 연구소에서 처음 제안된 이후 세계 여러 곳에서 꾸준히 발전해 왔습니다. 많은 대학과 기관에서 독자적으로 연구를 진행하기 때문에 이 기술은 여러 가지 명칭이 있지만, 명칭은 서로 다르지만 원리는 기본적으로 동일합니다. 성형 과정에서 분말은 노즐을 통해 작업 평면에 모이고, 레이저 빔도 이 지점에 모입니다. 분말과 광 작용점이 일치하고, 작업대 또는 노즐을 통해 이동하여 적층된 클래딩 실체를 얻습니다.
렌즈 기술 킬로와트급 레이저를 사용합니다. 레이저 초점 스팟이 일반적으로 1mm 이상으로 크기 때문에 야금학적으로 접합된 고밀도 금속을 얻을 수 있지만, 치수 정확도와 표면 조도가 좋지 않아 사용 전에 추가 가공이 필요합니다. 레이저 클래딩은 복잡한 물리화학적 야금 공정이며, 클래딩 공정의 변수는 클래딩 부품의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 레이저 클래딩의 공정 변수에는 주로 레이저 출력, 스팟 직경, 디포커싱 양, 분말 공급 속도, 스캐닝 속도, 용융 풀 온도 등이 포함되며, 이는 클래딩 부품의 희석률, 균열, 표면 거칠기 및 치밀성에 큰 영향을 미칩니다. 동시에 각 변수는 서로 영향을 미치므로 매우 복잡한 공정입니다. 클래딩 공정의 허용 범위 내에서 다양한 영향 요인을 제어하기 위해 적절한 제어 방법을 채택해야 합니다.
직접메탈 레이저 S인터ing(DMLS)
일반적으로 두 가지 방법이 있습니다.에스엘에스금속 부품을 제조하는 데에는 간접 방식, 즉 폴리머 코팅 금속 분말을 사용하는 SLS(Single-Stainless Laser)와 직접 방식, 즉 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)가 있습니다. 1991년 루브네 샤토프치 대학교에서 금속 분말의 직접 레이저 소결 연구가 시작된 이래, SLS 공정을 통해 금속 분말을 직접 소결하여 3차원 부품을 제작하는 것은 쾌속 조형의 궁극적인 목표 중 하나입니다. 간접 SLS 기술과 비교했을 때, DMLS 공정의 주요 장점은 비용과 시간이 많이 소요되는 전처리 및 후처리 공정 단계를 생략할 수 있다는 것입니다.
특징 DMLS의
SLS 기술의 한 분야인 DMLS 기술은 기본적으로 동일한 원리를 가지고 있습니다. 그러나 DMLS 기술로는 복잡한 형상의 금속 부품을 정밀하게 성형하기 어렵습니다. 이는 궁극적으로 DMLS에서 금속 분말의 "구형화" 효과와 소결 변형에 기인합니다. 구형화는 용융 금속 액체의 표면 형상이 액체 금속과 주변 매질 사이의 계면 장력에 의해 구형으로 변형되어 용융 금속 액체 표면과 주변 매질 표면으로 구성된 시스템을 최소 자유 에너지로 만드는 현상입니다. 구형화는 금속 분말이 용융 후 응고되지 못하고 연속적이고 매끄러운 용융 풀을 형성하지 못하게 하여 성형 부품이 헐거워지고 다공성이 되어 성형 불량을 초래합니다. 액상 소결 단계에서 단일 성분 금속 분말의 점도가 상대적으로 높기 때문에 "구형화" 현상이 특히 심각하며, 구형 직경이 분말 입자 직경보다 큰 경우가 많아 소결 부품에 기공이 많이 발생합니다. 따라서 단일 성분 금속 분말의 DMLS는 명백한 공정 결함을 가지며, 실제 "직접 소결"의 의미가 아닌 후속 처리가 필요한 경우가 많습니다.
단일 성분 금속 분말 DMLS의 "구상화" 현상과 이로 인한 소결 변형 및 밀도 저하와 같은 공정 결함을 극복하기 위해, 일반적으로 용융점이 서로 다른 다성분 금속 분말을 사용하거나 예비 합금 분말을 사용하여 이를 달성할 수 있습니다. 다성분 금속 분말 시스템은 일반적으로 고융점 금속, 저융점 금속, 그리고 몇 가지 첨가 원소로 구성됩니다. 골격 금속인 고융점 금속 분말은 DMLS에서 고체 핵을 유지할 수 있습니다. 저융점 금속 분말은 결합제 금속으로 사용되며, DMLS에서 용융되어 액상을 형성하고, 생성된 액상은 고체상 금속 입자를 코팅, 습윤 및 결합시켜 소결 밀도를 높입니다.
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기고자: Sammi
