Electron Beam Melting (EBM)

image of Erklärung der Technologie Electron Beam Melting, auch EBM oder Elektronenstrahl Schmelzen genannt, und deren Charakteristiken, Vorteile und Nachteile, Materialien, Maschinen, Hersteller, Anwendungsfälle sowie Verarbeitungskette. image of Erklärung der Technologie Electron Beam Melting, auch EBM oder Elektronenstrahl Schmelzen genannt, und deren Charakteristiken, Vorteile und Nachteile, Materialien, Maschinen, Hersteller, Anwendungsfälle sowie Verarbeitungskette.

Synonyme

EBM, Elektronenstrahl-Schmelzen

Prozessbeschreibung

Eine dünne Schicht Metallpulver wird von einem Elektronenstrahl selektiv geschmolzen. Die Teile werden Schicht um Schicht im Pulverbett aufgebaut. Weiter lesen

Electron Beam Melting funktioniert ähnlich wie Laser Melting. Anstelle des Lasers wird ein Elektronenstrahl verwendet. Eine EBM Maschine trägt eine Schicht Metallpulver auf eine Bauplattform auf. Diese wird mit Hilfe eines Elektronenstrahls geschmolzen. Die Bauplattform wird abgesenkt und die nächste Schicht Plastikpulver wird aufgetragen. Durch Wiederholung des Vorgangs der schichtweisen Pulverauftragung sowie der selektiven Schmelzung werden die Teile im Pulverbett aufgebaut.

Electron Beam Melting benötigt Stützstrukturen, welche die Teile und Überhänge auf der Bauplattform verankern. Dies ermöglicht die Ableitung der Wärme vom Schmelzpunkt, wodurch Hitzebelastungen und Verformungen verhindert werden. Das gesamte Bauvolumen kann mit mehreren Teilen aufgefüllt werden, solange diese alle auf der Bauplattform befestigt sind. Teile werden im Vakuum gebaut.

Vor- und Nachteile

Teile können in Standard-Metallen mit hoher Dichte hergestellt werden. Allerdings ist die Auswahl an Materialien noch limitiert und der Prozess langsam und teuer. Weiter lesen

Die Technologie produziert Teile in Standard-Metallen mit hoher Dichte (über 99%) und guten mechanischen Eigenschaften (vergleichbar mit traditionell produzierten Teilen). Verglichen mit Laser Melting erzeugt EBM weniger termische Spannungen und benötigt daher wenier Stützstruktur. Zudem werden die Teile schneller aufgebaut.

Electron Beam Melting ist ein langsamer und teurer Prozess, der nur mit einer kleinen Palette an Metallen funktioniert. Die Teile benötigen normalerweise viel Nachbearbeitung. Verglichen mit Laser Melting erzeugt EBM nicht gleich gute Oberflächen.

Anwendungsbereiche

  • Kleinserienteile hinunter bis zu Unikate werden direkt in Standardmetallen gebaut.
  • Prototypen werden durch EBM in Standardmetallen für Form- und Passtests sowie zu Funktionstests gebaut.
  • Hilfsteile (Schablonen, Positionierer, Lehren) können mittels EBM hergestellt werden.

Charakteristiken / Restriktionen

  • Maximale Bauraumgrösse: 350 x 350 x 380mm3
  • Kleinste mögliche Strukturgrösse: 0.1 mm
  • Genauigkeit: +/- 0.2 mm (kann über Nachbearbeitung verbessert werden)
  • Kleinste Schichtdicke: 0.05 mm
  • Typische Oberflächengüte: 20.3 – 25.4microns RA (kann über Nachbearbeitung verbessert werden)
  • Dichte: Bis zu 99.9%

Die Charakteristiken sind nur Anhaltspunkte, da sehr unterschiedliche Maschinen existieren.

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Verarbeitungskette

Bei der Produktionsplanung müssen kritische Toleranzen, Oberflächen und Überhänge beachtet werden. Nach der Herstellung müssen die Teile thermisch nachbearbeitet werden und die Stützstruktur muss mechanisch enfternt werden. Electron Beam Melting Teile können wie Schweissteile nachbearbeitet werden. Weiter lesen

Produktionsplanung

Die Produktion wird in einer speziellen Software geplant. Eines oder mehrere digitale 3D-Modelle (typischerweise im STL Format) werden im Bauraum platziert. Wichtige Entscheidungen sind die Orientierung der Bauteile sowie wo Stützstruktur benötigt wird. Das hängt ab von:

  • Geometrie, Überhängen und Steigung
  • Ort der kritischen Toleranzen und Oberflächen
  • Flächen wo Nachbearbeitung nötig ist und potentiell zusätzliches Material angebracht werden muss.

Nachbearbeitung

  • Entfernen des Bauraums: Der Bauraum wird aus der Maschine entfernt
  • Pulver entfernen: Die Bauplatte mit den Teilen darauf wird aus dem losen Pulver entfernt. Anhaftendes Pulver wird mittels Durckluft entfernt. Bei Bauteilen mit komplexer Geometrie kann dies zeitaufwendig sein (z.B. eingeschlossenes Pulver)
  • Thermische Bearbeitung: Nach der Produktion werden die Teile oft thermisch behandelt, um Eigenspannungen abzubauen und die Eigenschaften und metalurgische Struktur der Teile zu verbessern. Welche Wärmebehandlung am geeignetsten ist, hängt von den angestrebten Eigenschaften, dem Material und der Anwendung ab. Typische Prozesse sind Wärmebehandlung unter Vakuum oder Schutzgas oder Hot Isostatic Pressing (HIP).
  • Entfernung der Stützstruktur und mechanische Nachbearbeitung: Die Teile werden typischerweise mittels Drahterodieren EDM von der Bauplatform gelöst. Weitere Stützstruktur wird mechanisch entfernt. Teile können selektiv mechanisch nachbearbeitet werden um kritische Toleranzen zu erfüllen.
  • Oberflächenbearbeitung: Teile werden weiterverarbeitet durch Abtragen von Material (z.B. Polieren, Strahlen, Trovalisieren) oder durch Hinzufügen von Material (z.B. Lackieren, Färben).

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Materialien

Metall
Cobalt-chromium alloys
Nickel-based alloys

Maschinen

Hersteller

Modell

Arcam

A1
A2
A2X
Alles zeigen
A2XX
EBM S12
Q10

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