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]
Sistemas a base de polvo metálico
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 completamente 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 conducir a diferencias en la formación de fase a través de la solidificación y la transformación de fase 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 ]
Desarrollos de investigación
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 titanio. aluminuro . Actualmente, los materiales comerciales para EBM incluyen titanio comercialmente puro , Ti-6Al-4V , [10] CoCr , Inconel 718 , [11] e Inconel 625 . [12]
Sistemas a base de alambre de metal
Otro enfoque es utilizar 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, lo que proporciona una zona de trabajo libre de contaminación que no requiere el uso de gases inertes adicionales comúnmente. utilizado con procesos láser y basados en arco. Con EBDM, el material de la 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]
Dependiendo de la pieza que se fabrique, las tasas de deposición pueden variar hasta 200 pulgadas cúbicas (3300 cm 3 ) por hora. Con una aleación ligera , como el titanio , esto se traduce en una tasa de deposición en tiempo real de 40 libras (18 kg) por hora. Una amplia gama de aleaciones de ingeniería son compatibles con el proceso EBDM y están fácilmente disponibles en forma de alambre de soldadura a partir de una base de suministro existente. Estos incluyen, pero no se limitan a, aceros inoxidables, aleaciones de cobalto , aleaciones de níquel , aleaciones de cobre y níquel, tántalo , aleaciones de titanio, así como muchos otros materiales de alto valor. [ cita requerida ]
Mercado
Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente con esta tecnología, lo que la convierte en una opción adecuada para el mercado de implantes médicos.
Las copas acetabulares con certificación CE se fabrican en serie con EBM desde 2007 por dos fabricantes europeos de implantes ortopédicos, Adler Ortho y Lima Corporate . [ cita requerida ]
El fabricante estadounidense de implantes Exactech también ha recibido la autorización de la FDA para un cotilo acetabular fabricado con la tecnología EBM. [ cita requerida ]
También se apuntan a la industria aeroespacial y otras aplicaciones mecánicas muy exigentes, consulte Motor de cohete Rutherford .
El proceso EBM ha sido desarrollado para la fabricación de piezas en aluminuro de titanio gamma y actualmente está siendo desarrollado por Avio SpA y General Electric Aviation para la producción de álabes de turbina en γ-TiAl para motores de turbina de gas. [15]
La primera máquina EBM en los Estados Unidos está alojada en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte . [dieciséis]
Ver también
- Impresión 3d
- Tecnología de haz de electrones
- Soldadura por haz de electrones
Referencias
- ^ "Terminología estándar ASTM F2792 - 12a para tecnologías de fabricación aditiva, (retirado en 2015)" . Astm.org . Consultado el 26 de abril de 2017 .
- ^ "Fusión por haz de electrones" . Thre3d.com. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2014 . Consultado el 28 de enero de 2014 .
- ^ Sames; et al. (2014). "Efectos térmicos sobre la heterogeneidad microestructural de los materiales de Inconel 718 fabricados por fusión por haz de electrones". Revista de Investigación de Materiales . 29 (17): 1920-1930. Código Bibliográfico : 2014JMatR..29.1920S . doi : 10.1557 / jmr.2014.140 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 30 de octubre de 2014 . Consultado el 29 de octubre de 2014 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Guo, Qianying; Kirka, Michael; Lin, Lianshan; Shin, Dongwon; Peng, Jian; Unocic, Kinga A. (septiembre de 2020). "Deformación por microscopía electrónica de transmisión in situ y respuestas mecánicas de superaleaciones a base de Ni fabricadas aditivamente". Scripta Materialia . 186 : 57–62. doi : 10.1016 / j.scriptamat.2020.04.012 .
- ^ "Fabricación de componentes de cobre con fusión por haz de electrones" (PDF) . Asminterinternational.org . Consultado el 26 de abril de 2017 .
- ^ Martinez; et al. (2013). "Microestructuras de componentes de niobio fabricados por fusión por haz de electrones" . Metalografía, Microestructura y Análisis . 2 (3): 183–189. doi : 10.1007 / s13632-013-0073-9 .
- ^ Mahale, Tushar Ramkrishna (2009). "Fusión por haz de electrones de materiales y estructuras avanzadas" . Código Bibliográfico : 2009PhDT ....... 262M . Cite journal requiere
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( ayuda ) - ^ "Avance único en la fabricación de vidrio metálico a granel" . Archivado desde el original el 29 de octubre de 2014 . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
- ^ "Materiales construidos con EBM - Arcam AB" . Arcam.com . 2013-01-24 . Consultado el 26 de abril de 2017 .
- ^ "VIII Simposio Internacional sobre Superalloy 718 y Derivados: Nuevos Métodos de Procesamiento" . Programmaster.org . Consultado el 26 de abril de 2017 .
- ^ "Revista de Investigación y Tecnología de Materiales" . Archivado desde el original el 29 de octubre de 2014 . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
- ^ "Video: Fabricación directa por haz de electrones: Taller de máquinas moderno" . Mmsonline.com . Consultado el 10 de octubre de 2013 .
- ^ "¿Qué es la impresión 3D por deposición de energía dirigida (DED)?" . Sciaky.com . Sciaky, Inc . Consultado el 16 de mayo de 2021 .
- ^ "GE utiliza una nueva y revolucionaria pistola de electrones para la impresión 3D: 10 veces más potente que la sinterización láser" . 2014-08-18. Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2014 . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
- ^ "Fabricación avanzada | Ingeniería industrial" .
Otras lecturas
- Ingeniería y Tecnología de Manufactura Quinta Edición. Serope Kalpakjian.
enlaces externos
- Observe y aprenda sobre la fusión del haz de electrones
- Manual del ingeniero
- Línea de diseño automotriz
- Presentación del proceso Arcam (pdf)
- Fabricación directa: ARCAM, video que describe el proceso de EBM