|
焙烧/煅烧/烧结炉 |
|
| 按行业筛选 |
|
|
| 按产品筛选 |
|
|
| |
|
查看本类全部文章 |
| |
|
|
|
|
用电子束烧结替代激光束烧结 |
|
|
作者：Markus Kahnert 来源：德国FORM + Werkzeug杂志 |
|
|
分层烧结成形制造工艺可以在一个工艺步骤中，以较少的消耗、较低的成本和不使用刀具来制造十分复杂的构件。在制造工艺过程中，液态、粉末或固态等原材料通过局部供给能量而进行选择性固化。在这里，通过快速成形制造（RM）工艺直接制造金属构件，就生产技术而言，表明了这种技术越来越具有相应工艺类型设备的价值（见图1）。 
图1 电子束烧结：类似于烧结工艺，是从扫描战略出发，
经分层固化到制造出金属材质的构件。
在分层烧结制造金属构件的领域里，已有如像选择性激光烧结工艺那样的基于激光烧结的多种不同工艺得到了实际应用。但是，至今这些工艺还不能满足所有的要求。为了在分层烧结成形制造工艺范围内弥补例如像较低的成形速度、有限范围的材料选择或较低的效率这些激光束烧结工艺的缺点，采用电子束作为替代能源是非常合适的。
工艺过程与激光烧结相类似
在这里，产生自由电子，并通过电场进行加速以及通过电磁线圈对电子束进行聚焦和控制，使其进行偏转，电子束控制装置通过达50kHz的频率对用来使电子束发生偏转的线圈进行激励，以便能达到电子束较高的偏转速度。
在分层成形制造的范围内，设备的基本构造和电子束烧结（EBS）的工艺过程是与激光烧结的设备构造和工艺过程是相似的（这从图3中可以看出）。在这里，不采用激光束光源和受质量影响的可控偏转反射镜的扫描装置，而是采用装有无惯性的、电磁控制的电子束偏转装置的电子束发生器。由于工艺上的缘故，工作过程是在真空环境下运行的。
在德国慕尼黑工业大学的奥格斯堡机床与企业经济学应用中心，为了开发电子束烧结工艺，采用了Probeam公司的电子束通用箱式设备。通过模块结构集成粉末涂敷机构和最佳的电子束控制装置。
通过储存在基本配置内的光束偏转形状可以实现较简单的，适合用于焊接的电子束形状和强度分配。但是，这对于柔性的固化复杂构件的材料层是不够的。因此，通过软件Rapix-3D，环绕着计算机对现有的通讯结构进行扩充。该软件用来进行数据处理和控制快速成形系统（RP-System）。因此，可以利用虚拟的CAD三维几何实体自动获得分层的数据，并将由此所产生的工艺行程传送给控制系统。如图4“工艺原理”中所示，利用电子束使成形材料层进行局部熔化的工艺过程可以分成下列三个工艺步骤：涂敷粉末、预热和固化。 
通过散焦的、并由此而产生的扩散的电子束对粉末层表面进行固化前的预加热。这就可以均匀的供给能量几乎达到熔化温度。在成形材料层内均匀的能量分布，当固化时，能减小构件的内应力。此外，通过慢慢冷却，以获得均匀的组织。
此外，也可以避免粉末颗粒由于充电而产生的一些物理效应。与此同时，加热时所产生的粉末颗粒之间的结合也减小了电子束的消耗。
在产生电子束和在能量射入粉末材料层时的高效能，使这种设备具有与工艺有关的一些优点。同非常快速的电子束偏转联合，一方面可以实现准同时的能量射入，这有利于粉末成形材料层固化时内应力的减小。
可以实现较高的成形速度
另一方面，固化粉末材料层的创新措施也是可行的。通过扫描模式和相应电子束来描述的扫描战略决定了能量输入随时间的变化，所以决定了局部熔池的尺寸、材料固化的程度和由电感应产生的内应力。
图1表示了经从成形材料层的固化直到获得制造好构件的电子束偏转途径的顺序。在这里，可以达到超过20m/s的速度，这样，构件的横截面在低于1秒的时间里就被熔化。
如果人们通过高速摄像机来观察一个横截面的固化，那么，就可以通过所提供的图像来查看电子束较高的偏转速度。当开始覆盖第一个轨迹＊时，在所获得的图像上可以看出紧靠着电子束聚焦位置的熔融区。熔融只是发生在这样的地方，而在聚焦点的外围是观察不到熔融区的扩大。在另外一些图像上可以清晰看到电子束的聚焦点，因为轨迹有部分重叠，因此，出现了较宽的熔池。观察者还可以通过高速摄影机所得到的图像，从其轨迹上得知，由于粉末材料特殊的特性（例如较低的热导率），热能停留在一个较窄的有限范围里。
迄今的研究表明，存在有选择通过电子束固化大量不同粉末材料系统的可能性。在这里，可以作为特别重要的观点来表述的是，合金材料基本上也适合于采用电子束焊接。例如，合金含有某些在具体熔点范围内有较高蒸汽压力的元素，这类合金材料易于排出气体，因此，只有在一定条件下才可采用。 
对热作模具钢材质的试件所进行的研究表明，这种材料形成的几乎是一个无气孔的含有原始马氏体的组织和贝氏体组织。此外，在图5中，可以清晰地看到经一次和二次熔化的材料范围，并由此看到成形材料层烧结出现的亮、暗区。同样所进行的硬度测试，结果是达到55 HRC的硬度值，所以可以在真空条件下进行类似的组织转变，如像在空气骤冷的条件下那样实现的组织转变。由于所述的这些优点，使电子束烧结技术在单件生产、样件生产、医疗技术行业和模具制造业等领域得到了应用。除了从典型的快速成形技术领域里所熟悉的作为模型的构件外，通过电子束制造的单个构件也可以在许多领域里作为功能构件使用。对于这种工艺的应用，首先可以列举出一些应用范围，一是只需较少工件数的领域，二是对金属材料有较高要求的领域。特别是在医疗技术领域，电子束烧结工艺可以为制造复杂和特殊的，对材料有着很高要求的构件提供了较大的潜力。此外，常常要处理对生态没有负面影响的钛，对于这种材料的处理，在工艺条件上电子束是非常适合的，这主要是因为活性材料的加工是在真空条件下进行的。 
在奥格斯堡机床与企业经济学研究所应用中心的研究活动，电子束通用箱式设备可以应用来实现电子束烧结工艺，因此，电子束可用来进行材料堆积成形生产。在这里，联系到相适应的工艺战略，将进一步扩大这种工艺技术在能量射入和材料选择方面的范围。其目的在于使该工艺的应用范围和所制造的产品质量获得进一步的扩大和提高。
＊在进行选择性电子束烧结时，聚焦的电子束是以预定的运动轨迹对成形材料的粉末层进行扫描，相继形成材料的熔化轨迹和固化轨迹。为保证烧结成形的质量，规定了较小的轨迹间的距离。因此，熔化的轨迹会部分覆盖先前已固化的轨迹，固化的轨迹部分也会重新被熔化。——译注 (end)
|
|
| 文章内容仅供参考
(投稿)
(6/15/2009) |
对 焙烧/煅烧/烧结炉 有何见解？请到 焙烧/煅烧/烧结炉论坛 畅所欲言吧！
|
