การหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน(EBM)
การหลอมแบบเลือกด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBSM) หลักการ
คล้ายกับการเผาผนึกแบบเลือกด้วยเลเซอร์และการหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือกเฉพาะเทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBSM) เป็นเทคโนโลยีการผลิตแบบรวดเร็วที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงและความเร็วสูงในการยิงใส่ผงโลหะอย่างเลือกสรร ทำให้วัสดุผงหลอมเหลวและขึ้นรูปได้
กระบวนการของ EBSM เทคโนโลยีนี้มีขั้นตอนดังนี้: ขั้นแรก โรยผงโลหะลงบนพื้นผิวสำหรับโรยผง จากนั้น ภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ ลำแสงอิเล็กตรอนจะทำการหลอมโลหะแบบเลือกเฉพาะตามข้อมูลของรูปทรงหน้าตัด ทำให้ผงโลหะหลอมรวมกัน ยึดติดกับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้านล่าง และซ้อนกันเป็นชั้นๆ จนกระทั่งชิ้นส่วนทั้งหมดหลอมละลายอย่างสมบูรณ์ สุดท้าย กำจัดผงโลหะส่วนเกินออกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สามมิติที่ต้องการ สัญญาณการสแกนแบบเรียลไทม์จากคอมพิวเตอร์ส่วนบนจะถูกส่งไปยังโครงเบี่ยงเบนหลังจากแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อกและขยายกำลังแล้ว และลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกเบี่ยงเบนภายใต้การทำงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแรงดันเบี่ยงเบนที่สอดคล้องกันเพื่อให้เกิดการหลอมแบบเลือกเฉพาะ หลังจากทำการวิจัยมานานกว่าสิบปี พบว่าพารามิเตอร์กระบวนการบางอย่าง เช่น กระแสลำแสงอิเล็กตรอน กระแสโฟกัส เวลาในการทำงาน ความหนาของผง แรงดันเร่ง และโหมดการสแกน มีผลในการทดลองแบบตั้งฉากกัน โดยเวลาในการทำงานมีอิทธิพลมากที่สุดต่อการขึ้นรูป
ข้อดีของ EBSM
เทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะโดยตรงด้วยลำอิเล็กตรอน (Electron Beam Direct Metal Forming หรือ EBM) ใช้ลำอิเล็กตรอนพลังงานสูงเป็นแหล่งความร้อนในการประมวลผล การขึ้นรูปด้วยการสแกนสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้แรงเฉื่อยทางกล โดยการควบคุมขดลวดเบี่ยงเบนแม่เหล็ก และสภาพแวดล้อมสุญญากาศของลำอิเล็กตรอนยังสามารถป้องกันไม่ให้ผงโลหะเกิดการออกซิเดชันระหว่างการเผาผนึกหรือการหลอมเหลวได้อีกด้วย เมื่อเทียบกับเลเซอร์ ลำอิเล็กตรอนมีข้อดีคือ อัตราการใช้พลังงานสูง ความลึกในการทำงานมาก อัตราการดูดซับวัสดุสูง ความเสถียร และต้นทุนการใช้งานและการบำรุงรักษาต่ำ ข้อดีของเทคโนโลยี EBM ได้แก่ ประสิทธิภาพการขึ้นรูปสูง การเสียรูปของชิ้นส่วนต่ำ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวรองรับโลหะระหว่างกระบวนการขึ้นรูป โครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่นกว่า และอื่นๆ การควบคุมการเบี่ยงเบนและการโฟกัสของลำอิเล็กตรอนนั้นรวดเร็วและแม่นยำกว่า การเบี่ยงเบนของเลเซอร์จำเป็นต้องใช้กระจกสั่น และความเร็วในการหมุนของกระจกสั่นนั้นเร็วมากเมื่อเลเซอร์สแกนด้วยความเร็วสูง เมื่อเพิ่มกำลังเลเซอร์ ระบบระบายความร้อนของกัลวาโนมิเตอร์จะซับซ้อนมากขึ้น และน้ำหนักก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้การสแกนด้วยกำลังสูง ความเร็วในการสแกนของเลเซอร์จะถูกจำกัด เมื่อสแกนช่วงการขึ้นรูปขนาดใหญ่ การเปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลเซอร์ก็ทำได้ยากเช่นกัน การเบี่ยงเบนและการโฟกัสของลำอิเล็กตรอนทำได้โดยใช้สนามแม่เหล็ก ความยาวของการเบี่ยงเบนและการโฟกัสของลำอิเล็กตรอนสามารถควบคุมได้อย่างรวดเร็วและละเอียดอ่อนโดยการเปลี่ยนความเข้มและทิศทางของสัญญาณไฟฟ้า ระบบการเบี่ยงเบนและการโฟกัสของลำอิเล็กตรอนจะไม่ได้รับผลกระทบจากการระเหยของโลหะ เมื่อหลอมโลหะด้วยเลเซอร์และลำอิเล็กตรอน ไอโลหะจะแพร่กระจายไปทั่วพื้นที่การขึ้นรูปและเคลือบพื้นผิวของวัตถุใดๆ ที่สัมผัสกับฟิล์มโลหะ การเบี่ยงเบนและการโฟกัสของลำอิเล็กตรอนทั้งหมดทำในสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงไม่ได้รับผลกระทบจากการระเหยของโลหะ อุปกรณ์ทางแสง เช่น เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าเลเซอร์นั้นปนเปื้อนได้ง่ายจากการระเหย
เลเซอร์มีตาล การสะสม(LMD)
เทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะด้วยเลเซอร์ (Laser Metal Deposition: LMD) ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติแซนเดียในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษ 1990 และได้รับการพัฒนาต่อยอดในหลายส่วนของโลก เนื่องจากมหาวิทยาลัยและสถาบันหลายแห่งทำการวิจัยอย่างอิสระ เทคโนโลยีนี้จึงมีชื่อเรียกหลายชื่อ แม้ว่าชื่อจะไม่เหมือนกัน แต่หลักการพื้นฐานนั้นเหมือนกัน ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ผงโลหะจะถูกรวบรวมไว้บนระนาบการทำงานผ่านหัวฉีด และลำแสงเลเซอร์ก็จะถูกรวบรวมไว้ที่จุดนั้นเช่นกัน เมื่อจุดการทำงานของผงโลหะและแสงตรงกัน จะได้ชิ้นงานเคลือบที่เรียงซ้อนกันโดยการเคลื่อนที่ผ่านโต๊ะทำงานหรือหัวฉีด
เทคโนโลยีเลนส์ กระบวนการนี้ใช้เลเซอร์ระดับกิโลวัตต์ เนื่องจากจุดโฟกัสของเลเซอร์มีขนาดใหญ่ โดยทั่วไปมากกว่า 1 มิลลิเมตร แม้ว่าจะสามารถได้ชิ้นงานโลหะที่มีความหนาแน่นสูงและยึดติดกันได้ดี แต่ความแม่นยำของขนาดและผิวสำเร็จจะไม่ดีนัก และจำเป็นต้องมีการปรับแต่งเพิ่มเติมก่อนใช้งาน การเคลือบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการทางโลหะวิทยาที่ซับซ้อนทั้งทางกายภาพและเคมี และพารามิเตอร์ของกระบวนการเคลือบมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณภาพของชิ้นส่วนที่เคลือบ พารามิเตอร์ของกระบวนการเคลือบด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกำลังเลเซอร์ เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดโฟกัส ปริมาณการเบี่ยงเบนโฟกัส ความเร็วในการป้อนผง ความเร็วในการสแกน อุณหภูมิของบ่อหลอม ฯลฯ ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราการเจือจาง รอยแตก ความหยาบของพื้นผิว และความแน่นของชิ้นส่วนที่เคลือบ ในขณะเดียวกัน พารามิเตอร์แต่ละตัวก็ส่งผลกระทบต่อกันและกัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก จำเป็นต้องใช้วิธีการควบคุมที่เหมาะสมเพื่อควบคุมปัจจัยต่างๆ ที่มีอิทธิพลให้อยู่ในขอบเขตที่อนุญาตของกระบวนการเคลือบ
โดยตรงเลเซอร์โลหะ Sอินเตอร์ing(DMLS)
โดยทั่วไปมีสองวิธีสำหรับเอสแอลเอสในการผลิตชิ้นส่วนโลหะ มีสองวิธี วิธีแรกคือวิธีทางอ้อม นั่นคือ การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบผงเคลือบพอลิเมอร์ (SLS) และวิธีที่สองคือวิธีทางตรง นั่นคือ การเผาผนึกด้วยเลเซอร์โดยตรงของโลหะ (DMLS) นับตั้งแต่มีการวิจัยเกี่ยวกับการเผาผนึกด้วยเลเซอร์โดยตรงของผงโลหะที่มหาวิทยาลัย Chatofci ในเมือง Leuvne เมื่อปี 1991 การเผาผนึกผงโลหะโดยตรงเพื่อสร้างชิ้นส่วนสามมิติด้วยกระบวนการ SLS จึงเป็นหนึ่งในเป้าหมายสูงสุดของการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยี SLS ทางอ้อม ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการ DMLS คือการกำจัดขั้นตอนการเตรียมการก่อนและหลังการผลิตที่ยุ่งยากและใช้เวลานาน
คุณสมบัติ ของ DMLS
เทคโนโลยี DMLS เป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยี SLS โดยมีหลักการพื้นฐานเหมือนกัน อย่างไรก็ตาม การขึ้นรูปชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปทรงซับซ้อนด้วยเทคโนโลยี DMLS นั้นทำได้ยาก โดยสรุปแล้ว สาเหตุหลักมาจากปรากฏการณ์ "การเปลี่ยนรูปเป็นทรงกลม" และการเสียรูปจากการเผาผนึกของผงโลหะในกระบวนการ DMLS การเปลี่ยนรูปเป็นทรงกลมเป็นปรากฏการณ์ที่รูปร่างของพื้นผิวของโลหะหลอมเหลวเปลี่ยนไปเป็นพื้นผิวทรงกลมภายใต้แรงตึงผิวระหว่างโลหะหลอมเหลวกับตัวกลางโดยรอบ เพื่อให้ระบบที่ประกอบด้วยพื้นผิวของโลหะหลอมเหลวและพื้นผิวของตัวกลางโดยรอบมีพลังงานอิสระน้อยที่สุด การเปลี่ยนรูปเป็นทรงกลมจะทำให้ผงโลหะไม่สามารถแข็งตัวหลังจากหลอมเหลวเพื่อสร้างแอ่งหลอมเหลวที่ต่อเนื่องและเรียบเนียนได้ ดังนั้นชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปจึงหลวมและมีรูพรุน ส่งผลให้การขึ้นรูปไม่สำเร็จ เนื่องจากความหนืดค่อนข้างสูงของผงโลหะส่วนประกอบเดียวในขั้นตอนการเผาผนึกในเฟสของเหลว ทำให้เกิดปรากฏการณ์ “การเกิดทรงกลม” อย่างรุนแรง โดยเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลมมักใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคผง ซึ่งนำไปสู่รูพรุนจำนวนมากในชิ้นส่วนที่เผาผนึก ดังนั้น การเผาผนึกโดยตรง (DMLS) ของผงโลหะส่วนประกอบเดียวจึงมีข้อบกพร่องของกระบวนการอย่างเห็นได้ชัด และมักต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติม ไม่ใช่ “การเผาผนึกโดยตรง” ในความหมายที่แท้จริง
เพื่อเอาชนะปรากฏการณ์ “การเกิดทรงกลม” ของผงโลหะองค์ประกอบเดียวในกระบวนการ DMLS และข้อบกพร่องของกระบวนการที่เกิดขึ้น เช่น การเสียรูปจากการเผาผนึกและความหนาแน่นที่หลวม โดยทั่วไปแล้วสามารถทำได้โดยการใช้ผงโลหะหลายองค์ประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่างกัน หรือใช้ผงโลหะผสมล่วงหน้า ระบบผงโลหะหลายองค์ประกอบโดยทั่วไปประกอบด้วยโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ และธาตุเพิ่มเติมบางชนิด ผงโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักเพื่อรักษาแกนแข็งไว้ในกระบวนการ DMLS ส่วนผงโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำใช้เป็นโลหะยึดเกาะ ซึ่งจะหลอมเหลวในกระบวนการ DMLS เพื่อสร้างเฟสของเหลว และเฟสของเหลวที่ได้จะเคลือบ ทำให้เปียก และยึดเกาะอนุภาคโลหะในเฟสของแข็งเพื่อให้เกิดความหนาแน่นจากการเผาผนึก
ในฐานะบริษัทชั้นนำของจีนบริการพิมพ์ 3 มิติอุตสาหกรรม,เจเอสเอดีดี3 มิติ จะไม่ลืมเจตนารมณ์ดั้งเดิม จะเพิ่มการลงทุน คิดค้นนวัตกรรม และพัฒนาเทคโนโลยีเพิ่มเติม โดยเชื่อมั่นว่าจะนำประสบการณ์การพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่มาสู่สาธารณชน
ผู้เขียน: แซมมี่
