Mana yang lebih cocok untuk pencetakan 3D logam, pembersihan vakum, atau pembersihan aliran udara?

一, Teknologi pembersihan vakum: dasar fisik dari proses EBM
1. Cara utama kerjanya
Dalam teknologi Electron Beam Melting (EBM),-berkas elektron berenergi tinggi melelehkan serbuk logam satu demi satu dalam ruang hampa. Sistem vakumnya memiliki tiga tugas utama:
Jaminan jalur berkas elektron: Dalam ruang hampa tinggi 4 × 10 ⁻¹ Pa, rata-rata jalur bebas berkas elektron dapat mencapai puluhan meter. Hal ini menjaga agar energi tidak hilang ketika sinar mengenai molekul gas dan memastikan bahwa kumpulan lelehan akurat hingga ± 0,2 mm.
Mencegah oksidasi bahan: Dalam ruang hampa, laju oksidasi bahan aktif seperti paduan titanium (Ti6Al4V) turun sebesar 99,7%, dan laju perolehan bubuk meningkat dari 75% pada metode SLM menjadi 92%. Biaya pencetakan satu halaman turun 30%.
Efek degassing yang lebih baik: Lingkungan vakum menurunkan kelarutan gas di kolam lelehan sebesar 80% dan porositas dari 0,5% SLM menjadi 0,02%, yang sangat meningkatkan umur kelelahan komponen.
2. Rencana penggunaan peralatan
Misalnya, sistem EBM dari Pfeiffer Vacuum di Jerman menggunakan arsitektur vakum tiga{0}}tingkat:
Pompa Roots dan pompa baling-baling putar bekerja sama untuk menghasilkan pemompaan yang kasar, menurunkan tekanan di dalam ruangan dari tekanan atmosfer menjadi 10⁻¹ Pa hanya dalam 3 menit.
Kelompok pompa vakum tinggi: Pompa molekuler dan pompa sublimasi titanium beroperasi bersama untuk menghasilkan ruang hampa 5 × 10⁻⁵ Pa, yang merupakan kebutuhan EBM tertinggi untuk stabilitas berkas elektron.
Sistem untuk menemukan kebocoran: Detektor kebocoran spektrometer massa helium mengawasi penyegelan ruangan secara real-time dan menjaga laju kebocoran kumulatif di bawah 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s untuk menjaga proses pencetakan tetap stabil dalam jangka waktu lama.
3. Batasan proses
Pada dasarnya ada tiga cara yang membatasi pembersihan alat pengisap debu:
Biaya peralatan tinggi: Sistem vakum tinggi menyumbang 40% dari total biaya peralatan EBM, dan biaya pemeliharaan 2,3 kali lebih besar dibandingkan prosedur SLM.
Kemampuan beradaptasi material yang terbatas: hanya bekerja dengan proses peleburan berkas elektron dan tidak dengan teknologi peleburan laser seperti SLM.
Keterbatasan pada siklus produksi: Pemompaan vakum menghabiskan 25% dari siklus produksi satu unit, sehingga menjadi kurang efisien ketika memproduksi dalam jumlah besar.
2, Teknologi pembersihan aliran udara: sebuah langkah maju yang besar dalam proses LPBF
1. Ide-ide baru di bidang teknologi
EOS memproduksi AirSword untuk mesin LPBF (laser powder bedmelting) yang besar. Sistem manajemen aliran udara membuat tiga perbaikan besar dengan mengoptimalkan dinamika fluida:
Desain laminasi: Dengan menggunakan campuran saluran penyearah dan sirip pemandu udara, deviasi standar kecepatan aliran udara diturunkan dari biasanya 1,2m/s menjadi 0,3m/s, menghilangkan zona pusaran di dalam rongga.
Kontrol termodinamika: Sirip memiliki sirkulasi cairan pendingin di dalamnya yang menjaga suhu aliran udara tidak berubah lebih dari 5 derajat Celcius. Ini menghentikan bubuk agar tidak menggumpal karena tekanan termal.
Penggabungan banyak bidang fisik: Simulasi CFD digunakan untuk memperbaiki struktur saluran udara, yang menghasilkan efektivitas penghilangan asap dan debu sebesar 98,7% pada area bangunan berukuran 1,5m × 1,5m. Ini 42% lebih baik dibandingkan cara ventilasi silang yang lama.
2. Contoh penerapan teknik
Saat menggunakan peralatan AMCM M8K, sistem AirSword™ menunjukkan banyak manfaat:
Perlindungan untuk sistem optik: Transmisi lensa pelindung tetap pada 99,2% bahkan setelah 200 jam pencetakan terus menerus. Ini berarti siklus pemeliharaan berlangsung lima kali lebih lama dibandingkan dengan solusi standar.
Penggunaan bubuk yang lebih baik: Tingkat oksigen dalam ruang tetap stabil di bawah 50ppm, yang menurunkan laju oksidasi bubuk paduan berbasis nikel dari 0,8% menjadi 0,15%.
Terobosan dalam jumlah barang yang dapat kami hasilkan: Waktu siklus pencetakan untuk pembuatan komponen struktur penerbangan berukuran 1m 1m 0,5m dipangkas menjadi 72 jam, yaitu 35% lebih cepat dibandingkan metode vakum.
3. Batasan teknis
Penggunaan pembersihan aliran udara dibatasi oleh faktor-faktor berikut:
Batasan aktivitas material: Untuk material yang sangat sensitif terhadap oksidasi, seperti paduan titanium, diperlukan perlindungan dengan gas inert (seperti tekanan parsial argon 99,999%), sehingga meningkatkan biaya operasional.
Persyaratan peralatan penyegel: Agar partikel luar tidak masuk dan mengganggu aliran udara, sistem saluran udara harus memiliki tingkat perlindungan IP67.
Batasan ukuran bangunan: Jika luas bangunan lebih dari 2m 2m dan panjang saluran aliran udara lebih dari nilai kritis mekanika fluida, diperlukan desain medan angin independen yang dipartisi.
3, Matriks keputusan untuk kemampuan beradaptasi proses
Dimensi Evaluasi: Teknologi Pembersihan Aliran Udara, Teknologi Pembersihan Vakum
Proses Peleburan Berkas Elektron (EBM) dan Peleburan Lapisan Serbuk Laser (LPBF) yang Dapat Digunakan
Kemampuan beradaptasi bahan: Bahan aktif, seperti paduan titanium dan paduan kromium kobalt, dan bahan biasa, seperti paduan aluminium dan baja tahan karat
Ukuran bangunan harus antara 0,35m 0,35m 0,38m dan 1m 1m 0,5m (bisa dibuat lebih besar).
Biaya peralatan yang tinggi (40% dari total biaya peralatan)
Efisiensi produksi rendah (penggunaan alat pengisap debu 25%) dan tinggi (kemampuan untuk bekerja sepanjang waktu)
Beberapa tempat umum untuk menggunakannya adalah pada bilah turbin untuk mesin pesawat terbang, implan medis, bagian struktural besar untuk pesawat terbang, dan cetakan untuk mobil.