3Д печать по металлу: электронно-лучевая плавка

Технологии 3Д обработки металлического сырья постоянно
развиваются, дорабатываются и совершенствуются. Различные исследовательские институты
и лаборатории на базе крупных производственных компаний из данной сферы тратят
огромные деньги и массу времени на то, чтобы модифицировать свои агрегаты,
сделать их более эффективными и производительными. Однако до сих пор
человечество придумало лишь два основных метода производства металлических
компонентов при помощи такого оборудования:

• SLS
  – селективное лазерное спекание;
• EBM
  – электронно-лучевая плавка.

В первом случае в качестве главного рабочего инструмента
используется лазер, луч которого при контакте с сырьём спекает его компоненты
по заданному силуэту. Это самый первый способ, который был разработан и
запатентован ещё в 1989 году группой американских студентов. Однако спустя
всего пару лет появилась и альтернатива, которая обладает рядом серьёзных
преимуществ перед своим предшественником. Электронно-лучевая плавка схожа во
многом с SLS, однако
она имеет и ряд ключевых отличий. Но обо всём по порядку.

Метод EBM (Electron Beam Melting) – как это работает

Изготовление деталей
при помощи электронно-лучевой плавки осуществляется на схожих агрегатах,
именуемых 3Д принтерами. Однако здесь основным рабочим инструментов является
электромагнитное излучение высокой мощности. Его пучки исходят из специальных
излучателей (пушек). Траектория контролируется программно, а настройка частоты,
интенсивности и мощности потока осуществляется исключительно на электронном, а
не электронно-механическом уровне, что позволяет создавать детали более высокой
точности.

Кроме того, в качестве сырья, в отличие от селективного
спекания, используется чистый металлический порошок, а не композитный состав из
пластика и стружки. По этой причине отпадает необходимость в последующем обжиге
готового изделия в печи. Деталь получается литой сразу после электронно-лучевой
обработки и не имеет пористой структуры. Единственное, что может потребоваться
– это механическая обработка поверхности или покрытие защитным слоем. Но это
опциональный процесс.

Поэтапное
взаимодействие

Итак, работа начинается с подбора материала. В качестве
сырья может использоваться порошок различных составов, из титана, стали, бронзы
и т.д. В этот же период происходит 3Д моделирование детали в цифровом формате.
Полученный электронный макет помещается в специальную программу, с которой
затем будет взаимодействовать принтер. Когда подготовительный этап завершён,
начинается, непосредственно, сам процесс обработки. В специальную вакуумную
камеру без доступа кислорода на платформу помещается слой порошка. При этом
температура внутри может достигать 1000 градусов Цельсия. Именно такого
показателя достаточно, чтобы металл достиг состояния, близкого к плавлению.
После разравнивания рабочего сырья автоматизированным агрегатом электронный
пучок высокой мощности начинает обрисовывать контуры будущей детали. Причём,
контакт идёт по всей площади будущего элемента, равномерно расплавляя сырьё, и
делая его прочным и монолитным. После обработки первого слоя происходит
нанесение второго, и так далее, пока вся заготовка не будет использована. Так,
постепенно электронно-лучевой импульс создаёт объёмную модель, слой за слоем
обрабатывая порошок. В конечном итоге изделие извлекается из принтера и отправляется
на финальную обработку. Примечательно, что отсутствие кислорода в камере
позволяет работать даже с материалами, которые боятся процесса окисления. К
примеру, это чистый титан.

Сферы применения
изделий, изготовленных на 3Д принтере

Сегодня данную методику широко используют в совершенно
разных отраслях человеческой деятельности. Например, NASA применяет
комплектующие, произведённые при помощи EBM, для создания силовых установок для космических летательных
аппаратов, ракет, самолётов. Кроме того, на базе данной технологии
изготавливаются элементы несущей части корпусов, шасси, обшивки и т.д. Обширное
распространение методика получила и в промышленном машиностроении, добывающей и
перерабатывающей отрасли, химической промышленности и т.д. В последнее время
прогрессивные медицинские центры и компании, работающие с имплантатами органов,
также стали сотрудничать с производителями, имеющими на вооружении 3Д принтеры.
Поэтому будущее у технологии весьма и весьма радужное.