La fabricación aditiva por haz de electrones o fusión por haz de electrones ( EBM ) es un tipo de fabricación aditiva o impresión 3D para piezas metálicas. La materia prima (polvo metálico o alambre) se coloca al vacío y se fusiona mediante el calentamiento mediante un haz de electrones. Esta técnica es distinta de la sinterización selectiva por láser, ya que la materia prima se fusiona por completo. [1]
Los polvos metálicos se pueden consolidar en una masa sólida utilizando un haz de electrones como fuente de calor. Las piezas se fabrican fundiendo polvo metálico, capa por capa, con un haz de electrones en alto vacío.
Este método de lecho de polvo produce piezas metálicas totalmente densas directamente a partir de polvo metálico con características del material objetivo. La máquina EBM lee datos de un modelo CAD en 3D y coloca capas sucesivas de material en polvo. Estas capas se funden juntas utilizando un haz de electrones controlado por computadora. De esta forma construye las piezas. El proceso se lleva a cabo al vacío, lo que lo hace adecuado para fabricar piezas en materiales reactivos con una alta afinidad por el oxígeno, por ejemplo, titanio. [2] Se sabe que el proceso opera a temperaturas más altas (hasta 1000 ° C), lo que puede dar lugar a diferencias en la formación de fases a través de la solidificación y la transformación de fases en estado sólido . [3]
La materia prima en polvo está típicamente prealeada, en contraposición a una mezcla. Ese aspecto permite la clasificación de EBM con fusión selectiva por láser (SLM), donde tecnologías competidoras como SLS y DMLS requieren tratamiento térmico después de la fabricación. En comparación con SLM y DMLS, EBM tiene una tasa de construcción generalmente superior debido a su mayor densidad de energía y método de escaneo. [ cita requerida ]
ORNL ha publicado un trabajo reciente que demuestra el uso de la tecnología EBM para controlar las orientaciones de los granos cristalográficos locales en Inconel . [4] Después de probar en el microscopio electrónico de transmisión mediante la técnica in situ de última generación, se ha demostrado que la aleación EBM Inconel exhibe propiedades mecánicas similares en comparación con una aleación de Inconel forjada. [5] Otros desarrollos notables se han centrado en el desarrollo de parámetros de proceso para producir piezas de aleaciones como cobre , [6] niobio , [7] Al 2024 , [8] vidrio metálico a granel , [9] acero inoxidable y aluminuro de titanio . Actualmente, los materiales comerciales para EBM incluyen titanio comercialmente puro , Ti-6Al-4V , [10] CoCr , Inconel 718 , [11] e Inconel 625 . [12]
Otro enfoque es usar un haz de electrones para fundir alambre de soldadura sobre una superficie para construir una pieza. [13] Esto es similar al proceso de impresión 3D común de modelado de deposición fundida , pero con metal, en lugar de plásticos. Con este proceso, una pistola de haz de electrones proporciona la fuente de energía utilizada para fundir materia prima metálica, que normalmente es alambre. El haz de electrones es una fuente de energía altamente eficiente que puede enfocarse y desviarse con precisión utilizando bobinas electromagnéticas a velocidades de hasta miles de hercios. Los sistemas típicos de soldadura por haz de electrones tienen una alta disponibilidad de energía, siendo los más comunes los sistemas de 30 y 42 kilovatios. Una de las principales ventajas de utilizar componentes metálicos con haces de electrones es que el proceso se realiza en un entorno de alto vacío de 1 ×10−4 Torr o más, proporcionando una zona de trabajo libre de contaminación que no requiere el uso de gases inertes adicionales que se usan comúnmente con procesos láser y basados en arco. Con EBDM, el material de materia prima se alimenta a una piscina fundida creada por el haz de electrones. Mediante el uso de controles numéricos por computadora (CNC), el baño fundido se mueve sobre una placa de sustrato, agregando material justo donde se necesita para producir la forma casi neta. Este proceso se repite capa por capa hasta que se produce la forma 3D deseada. [14]