نگاره 1) تکنولوژی ذوب پرتو الکترونی (EBM)
تکنولوژی ذوب پرتو الکترونی (EBM) هم خانواده powder bed fusion است. اما برخلاف Laser Powder Bed Fusion (LPBF)، و همانطور که از نام این تکنیک مشخص است؛ از یک پرتو الکترونی برای ذوب ذرات فلزی و لایه لایه ساخته شدن قطعه مورد نظر استفاده می شود. این پروسه که توسط شرکت سوئدی Arcam در سال 2002 به بازار عرضه شد، امکان ساخت ساختارهای پیچیده و بسیار مقاوم را فراهم می کند. قابل ذکر است که Arcam توسط GE Additive در سال 2016 خریداری شد و تنها شرکتی است که دستگاه هایی بر مبنای این روش تولید را به بازار عرضه می کند. از این رو تفاوت اصلی با فناوری LPBF در منبع گرمایش است. در اینجا، تکنولوژی EBM از پرتو الکترونی حاصل شده از تفنگ الکترونی استفاده می کند. دومی الکترونها را از یک رشته تنگستن در خلاء استخراج می کند و آنها را روی لایه ی پودر فلزی که بر روی بستر ساخت پرینتر سه بعدی قرار گرفته است؛ می تاباند. این الکترونها سپس قادر خواهند بود پودر را در نواحی انتخاب شده ذوب کرده و در نتیجه قطعه را تولید کنند.
نگاره 2) تکنولوژی EBM از یک اشعه ی الکترون استفاده می کند
پروسه ی تکنولوژی ذوب پرتو الکترونی (EBM)
همه چیز با مدل سازی سه بعدی قطعه ی مورد نظر شروع می شود. می توان آن را با استفاده از نرم افزار CAD مدل سازی کرد، با اسکن سه بعدی بدست آورد یا مدل مد نظر را دانلود کرد. سپس مدل سه بعدی به یک نرم افزار برش، که اسلایسر نیز نامیده می شود، فرستاده می شود. سپس برش دهنده تمام این داده ها را مستقیماً به پرینتر سه بعدی ارسال می کند. پودر فلزی در مخزن داخل دستگاه بارگیری می شود. در لایه های نازکی دیپوز می شود و قبل از جوش خوردن توسط پرتو الکترون گرم می شوند. سپس دستگاه این مراحل را تا آنجا که لازم است برای بدست آوردن کل قطعه تکرار می کند. پس از اتمام پروسه ی پرینت، اپراتور قطعه را از دستگاه خارج می کند و پودرهای ذوب نشده را با تفنگ باد یا قلم مو از مدل جدا می کند. مراحل پس از تولید می تواند شامل ماشینکاری سطوحی که با قطعات دیگر در تماس هستند، پرداخت و غیره باشد. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد قطعه را در کوره به مدت چند ساعت گرم کرد تا فشارهای ناشی از پروسه ی تولید آزاد شوند. قابل ذکر است که برای انجام فرآیند EBM به شکل صحیح، کلیه مراحل باید در خلا انجام شود. این موضوع همچنین از اکسید شدن پودر هنگام گرم شدن جلوگیری می کند. در پایان مرحله ی تولید، بخش زیادی از پودر ذوب نشده تقریباً به طور مستقیم دوباره قابل استفاده است.
متریال ها و کاربرد
از آنجا که این پروسه بر مبنای قانون بارهای الکتریکی است، متریال مورد استفاده باید رسانا باشند. در غیر این صورت، هیچ تعاملی بین پرتو الکترون و پودر صورت نخواهد گرفت. بنابراین از نظر تکنیکی، ساخت قطعات پلیمری یا سرامیکی به روش EBM غیرممکن است و تنها می توان از متریال های فلزی استفاده کرد. امروزه اغلب از آلیاژهای تیتانیوم و کروم-کبالت استفاده می شو زیرا که Arcam طیف متریال های سازگار را محدود کرده است. در واقع، برای استفاده یا آزمایش متریال های دیگر، کاربران باید دوره های آموزشی را پشت سر بگذارند و مجوز استفاده از دستگاه را دریافت کنند.
تکنولوژی EBM اغلب در صنایع هوانوردی و پزشکی، به ویژه در طراحی ایمپلنت مورد استفاده قرار می گیرد. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل خواص سازگاری زیستی و خواص مکانیکی شان بسیار جالب توجه هستند و می توانند سبکی و استحکام را ارائه دهند. این تکنولوژی به طور گسترده ای برای طراحی پره های توربین یا قطعات موتور استفاده می شود. تکنولوژی EBM سریعتر از تکنولوژی LPBF است؛ اما دقت آن و متعاقبا کیفیت نهایی آن پایین تر است زیرا که پودر دانه ای تر است.
نگاره 3) ایمپلنت های پرینت سه بعدی با یک دستگاه Arcam
لیزر یا پرتو الکترون؟
یکی از سوالات رایج تولیدکنندگان و علاقه مندان پرینت سه بعدی فلزی این است که کدام بهتر است؟ لیزر یا پرتو الکترون. پاسخ آن تا حد زیادی به کاربرد قطعه ی مورد نظر بستگی دارد، زیرا هر فرآیند مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد.
نقاط قوت
سرعت تولید. پرتو الکترونی می تواند پودر را در چندین مکان به طور همزمان حرارت دهد، که به طور قابل توجهی سرعت تولید را افزایش می دهد. اما لیزر باید نقطه به نقطه سطح را اسکن کند.از پیش گرم کردن پودر قبل از مرحله ی ذوب دفورماسیون را محدود می کند که نیاز به تقویت کننده ها و سازه های ساپورت را کاهش می دهد.
نقاط ضعف
دقت. از منظر پودر، پرتو الکترونی کمی پهن تر از پرتو لیزر است، که باعث کاهش دقت می شود.اندازه قطعات قابل تولید. بزرگترین حجم ساخت Arcam (در دستگاه Q20) قطر 350 میلی متر و ارتفاع 380 میلی متر است. در حالی که، دستگاه های لیزری (مانند X-Line of Concept Laser) حجم تولید حداقل دو برابر بیشتر را امکان پذیر می کنند.
نگاره 4) Arcam تنها تولید کننده ی دستگاه های تکنولوژی EBM است