Yang manakah lebih sesuai untuk cetakan 3D logam, pembersihan vakum atau pembersihan aliran udara?

一, Teknologi pembersihan vakum: asas fizikal proses EBM
1. Cara utama ia berfungsi
Dalam teknologi Peleburan Rasuk Elektron (EBM), rasuk elektron{0}bertenaga tinggi mencairkan serbuk logam satu lapisan pada satu masa dalam vakum. Sistem vakumnya mempunyai tiga kerja utama:
Jaminan laluan rasuk elektron: Dalam vakum tinggi 4 × 10 ⁻¹ Pa, laluan bebas purata rasuk elektron boleh mencapai puluhan meter. Ini mengekalkan tenaga daripada hilang apabila rasuk terkena molekul gas dan memastikan kolam cair adalah tepat dalam ± 0.2mm.
Mencegah pengoksidaan bahan: Dalam vakum, kadar pengoksidaan bahan aktif seperti aloi titanium (Ti6Al4V) menurun sebanyak 99.7%, dan kadar pemulihan serbuk meningkat daripada 75% dalam kaedah SLM kepada 92%. Kos mencetak satu muka surat turun sebanyak 30%.
Kesan penyahgasan yang lebih baik: Persekitaran vakum merendahkan keterlarutan gas dalam kolam cair sebanyak 80% dan keliangan daripada 0.5% SLM kepada 0.02%, yang meningkatkan hayat keletihan bahagian-bahagian dengan banyak.
2. Rancang untuk menggunakan peralatan
Sebagai contoh, sistem EBM daripada Pfeiffer Vacuum di Jerman menggunakan seni bina vakum tiga-peringkat:
Pam Roots dan pam rotary vane berfungsi bersama untuk memberikan pengepaman kasar, menurunkan tekanan dalam ruang daripada tekanan atmosfera kepada 10⁻¹ Pa dalam masa 3 minit sahaja.
Kumpulan pam vakum tinggi: Pam molekul dan pam sublimasi titanium beroperasi bersama untuk menghasilkan vakum 5 × 10⁻⁵ Pa, yang merupakan keperluan EBM tertinggi untuk kestabilan pancaran elektron.
Sistem untuk mencari kebocoran: Pengesan kebocoran spektrometer jisim helium mengawasi pengedap ruang dalam masa nyata dan mengekalkan kadar kebocoran terkumpul di bawah 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s untuk memastikan proses pencetakan stabil untuk tempoh yang lama.
3. Had pada proses
Pada asasnya terdapat tiga cara pembersihan hoover adalah terhad:
Kos peralatan adalah tinggi: Sistem vakum tinggi mewakili sehingga 40% daripada jumlah kos peralatan EBM, dan perbelanjaan penyelenggaraan adalah 2.3 kali lebih besar daripada prosedur SLM.
Kebolehsuaian bahan terhad: ia hanya berfungsi dengan proses lebur pancaran elektron dan bukan dengan teknologi lebur laser seperti SLM.
Had pada kitaran pembuatan: Pengepaman vakum mengambil 25% daripada kitaran pengeluaran sekeping, yang menjadikannya kurang cekap apabila menghasilkan kuantiti yang banyak.
2, Teknologi pembersihan aliran udara: satu langkah besar ke hadapan dalam proses LPBF
1. Idea baharu dalam teknologi
EOS menghasilkan AirSword untuk mesin LPBF (pencairan katil serbuk laser) yang besar. Sistem pengurusan aliran udara membuat tiga penambahbaikan besar dengan mengoptimumkan dinamik bendalir:
Reka bentuk Laminarisasi: Dengan menggunakan campuran saluran penerus dan sirip pemandu udara, sisihan piawai halaju aliran udara diturunkan daripada 1.2m/s biasa kepada 0.3m/s, menyingkirkan zon pusaran di dalam rongga.
Kawalan termodinamik: Sirip mempunyai cecair penyejuk yang beredar di dalamnya yang mengekalkan suhu aliran udara daripada berubah lebih daripada 5 darjah Celsius. Ini menghentikan serbuk daripada bergumpal kerana tekanan haba.
Gandingan banyak medan fizikal: Simulasi CFD telah digunakan untuk memperbaiki struktur saluran udara, yang membawa kepada keberkesanan penyingkiran asap dan habuk sebanyak 98.7% dalam kawasan bangunan 1.5m × 1.5m. Ini adalah 42% lebih baik daripada cara lama pengudaraan silang.
2. Contoh pelaksanaan kejuruteraan
Apabila menggunakan peralatan AMCM M8K, sistem AirSword™ menunjukkan banyak faedah:
Perlindungan untuk sistem optik: Transmisi kanta pelindung kekal pada 99.2% walaupun selepas 200 jam pencetakan berterusan. Ini bermakna kitaran penyelenggaraan berlangsung lima kali lebih lama daripada penyelesaian standard.
Penggunaan serbuk yang lebih baik: Paras oksigen dalam ruang dikekalkan stabil di bawah 50ppm, yang mengurangkan kadar pengoksidaan serbuk aloi-nikel daripada 0.8% kepada 0.15%.
Terobosan dalam jumlah bahan yang boleh kita buat: Masa kitaran pencetakan untuk membuat bahagian struktur penerbangan 1m 1m 0.5m telah dikurangkan kepada 72 jam, iaitu 35% lebih cepat daripada kaedah vakum.
3. Had teknikal
Penggunaan pembersihan aliran udara dihadkan oleh faktor berikut:
Had aktiviti bahan: Untuk bahan yang sangat sensitif kepada pengoksidaan, aloi titanium seperti itu, perlindungan dengan gas lengai (seperti tekanan separa argon 99.999%) diperlukan, yang meningkatkan perbelanjaan operasi.
Keperluan untuk peralatan pengedap: Untuk mengelakkan zarah luar daripada masuk dan mengganggu aliran udara, sistem saluran udara mesti mempunyai penarafan perlindungan IP67.
Had saiz untuk bangunan: Jika kawasan bangunan lebih daripada 2m 2m dan panjang saluran aliran udara adalah lebih daripada nilai kritikal mekanik bendalir, reka bentuk medan angin bebas yang dipisahkan diperlukan.
3, Matriks keputusan untuk kebolehsuaian proses
Dimensi Penilaian: Teknologi Pembersihan Aliran Udara, Teknologi Pembersihan Vakum
Pencairan Rasuk Elektron Proses Boleh Digunakan (EBM) dan Peleburan Katil Serbuk Laser (LPBF)
Kebolehsuaian bahan: Bahan aktif, seperti aloi titanium dan aloi kromium kobalt, dan bahan biasa, seperti aloi aluminium dan keluli tahan karat
Saiz bangunan mestilah antara 0.35m 0.35m 0.38m dan 1m 1m 0.5m (ia boleh dibuat lebih besar).
Kos peralatan yang tinggi (40% daripada jumlah kos peralatan)
Kecekapan pengeluaran yang rendah (25% penggunaan hoover) dan tinggi (keupayaan untuk berjalan sepanjang masa)
Beberapa tempat biasa untuk menggunakannya adalah pada bilah turbin untuk enjin kapal terbang, implan perubatan, bahagian struktur besar untuk kapal terbang dan acuan untuk kereta.