Qu'est-ce qui est le plus adapté à l'impression 3D métal, à l'aspiration ou au nettoyage par flux d'air ?

一, Technologie de nettoyage sous vide : la base physique du procédé EBM
1. Fonctionnement principal
Dans la technologie de fusion par faisceau d'électrons (EBM), des faisceaux d'électrons à haute énergie-font fondre les poudres métalliques une couche à la fois dans le vide. Son système de vide a trois missions principales :
Garantie du trajet du faisceau d'électrons : Dans un vide poussé de 4 × 10 ⁻¹ Pa, le libre parcours moyen du faisceau d'électrons peut atteindre des dizaines de mètres. Cela empêche la perte d'énergie lorsque le faisceau frappe des molécules de gaz et garantit que le bain de fusion est précis à ± 0,2 mm près.
Prévenir l'oxydation des matériaux : Sous vide, le taux d'oxydation des matériaux actifs comme l'alliage de titane (Ti6Al4V) diminue de 99,7 %, et le taux de récupération de la poudre passe de 75 % dans la méthode SLM à 92 %. Le coût d'impression d'une page diminue de 30 %.
Meilleur effet de dégazage : l'environnement sous vide réduit la solubilité des gaz dans le bain de fusion de 80 % et la porosité de 0,5 % du SLM à 0,02 %, ce qui augmente considérablement la durée de vie des pièces.
2. Plan de mise en service du matériel
Par exemple, le système EBM de Pfeiffer Vacuum en Allemagne utilise une architecture de vide à trois -niveaux :
La pompe Roots et la pompe à palettes rotatives fonctionnent ensemble pour fournir un pompage grossier, abaissant la pression dans la chambre de la pression atmosphérique à 10⁻¹ Pa en seulement 3 minutes.
Groupe de pompes à vide poussé : la pompe moléculaire et la pompe de sublimation en titane fonctionnent ensemble pour générer un vide de 5 × 10⁻⁵ Pa, ce qui correspond aux besoins les plus élevés de l'EBM pour la stabilité du faisceau d'électrons.
Système de recherche de fuites : Le détecteur de fuites par spectromètre de masse à hélium surveille en temps réel l'étanchéité de la chambre et maintient le taux de fuite cumulé inférieur à 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s pour maintenir le processus d'impression stable pendant une longue période.
3. Limites du processus
Il existe essentiellement trois manières de limiter le nettoyage des aspirateurs :
Les coûts des équipements sont élevés : les systèmes à vide poussé représentent jusqu'à 40 % du coût total des équipements EBM, et les dépenses de maintenance sont 2,3 fois supérieures à celles des procédures SLM.
Adaptabilité matérielle limitée : il ne fonctionne qu'avec le processus de fusion par faisceau d'électrons et non avec les technologies de fusion laser comme le SLM.
Limitation du cycle de fabrication : Le pompage sous vide occupe 25 % du cycle de production d’une seule pièce, ce qui le rend beaucoup moins efficace lors de la production de grandes quantités.
2, Technologie de nettoyage Airflow : un grand pas en avant dans le procédé LPBF
1. Nouvelles idées technologiques
EOS a produit l'AirSword pour les grandes machines LPBF (fusion laser sur lit de poudre). Le système de gestion du flux d'air apporte trois grandes améliorations en optimisant la dynamique des fluides :
Conception de laminarisation : en utilisant un mélange de canaux redresseurs et d'ailettes de guidage d'air, l'écart type de la vitesse du flux d'air est réduit de 1,2 m/s habituel à 0,3 m/s, éliminant ainsi la zone de vortex à l'intérieur de la cavité.
Contrôle thermodynamique : les ailettes contiennent un liquide de refroidissement en circulation à l'intérieur qui empêche la température du flux d'air de changer de plus de 5 degrés Celsius. Cela empêche la poudre de s’agglutiner en raison du stress thermique.
Couplage de nombreux champs physiques : une simulation CFD a été utilisée pour améliorer la structure des conduits d'air, ce qui a conduit à une efficacité d'élimination de la fumée et de la poussière de 98,7 % dans une zone de bâtiment de 1,5 m × 1,5 m. C'est 42 % de mieux que l'ancienne méthode de ventilation croisée.
2. Exemples de mise en œuvre de l'ingénierie
Lors de l'utilisation de l'équipement AMCM M8K, le système AirSword™ présente de nombreux avantages :
Protection du système optique : La transmission de la lentille de protection reste à 99,2 % même après 200 heures d'impression continue. Cela signifie que le cycle de maintenance dure cinq fois plus longtemps qu'avec les solutions standards.
Meilleure utilisation de la poudre : le niveau d'oxygène dans la chambre est maintenu stable en dessous de 50 ppm, ce qui réduit le taux d'oxydation de la poudre d'alliage à base de nickel-de 0,8 % à 0,15 %.
Une avancée majeure dans la quantité de produits que nous pouvons fabriquer : le temps de cycle d'impression pour la fabrication de pièces structurelles d'aviation mesurant 1 m 1 m 0,5 m a été réduit à 72 heures, ce qui est 35 % plus rapide que la méthode sous vide.
3. Limites techniques
L'utilisation du nettoyage par flux d'air est limitée par les facteurs suivants :
Limitation de l'activité des matériaux : Pour les matériaux très sensibles à l'oxydation, comme les alliages de titane, une protection avec un gaz inerte (comme l'argon pression partielle 99,999 %) est nécessaire, ce qui augmente les coûts d'exploitation.
Exigences relatives aux équipements d'étanchéité : Pour empêcher les particules extérieures de pénétrer et de perturber le flux d'air, le système de conduits d'air doit avoir un indice de protection IP67.
Limite de taille pour les bâtiments : si la superficie du bâtiment est supérieure à 2 m2 et que la longueur du canal de circulation d'air est supérieure à la valeur critique de la mécanique des fluides, une conception de champ de vent indépendant et cloisonné est nécessaire.
3, Matrice de décision pour l'adaptabilité des processus
Dimension d'évaluation : technologie de nettoyage par flux d'air, technologie de nettoyage sous vide
Procédé utilisable de fusion par faisceau d'électrons (EBM) et de fusion sur lit de poudre laser (LPBF)
Adaptabilité des matériaux : matériaux actifs, comme les alliages de titane et les alliages de chrome-cobalt, et matériaux courants, tels que les alliages d'aluminium et l'acier inoxydable.
La taille du bâtiment doit être comprise entre 0,35 m 0,35 m 0,38 m et 1 m 1 m 0,5 m (il peut être agrandi).
Coût élevé du matériel (40 % du coût total du matériel)
Faible efficacité de production (25 % d’utilisation de l’aspirateur) et élevée (capacité de fonctionner tout le temps)
Certains endroits courants pour les utiliser sont les aubes de turbine pour les moteurs d'avion, les implants médicaux, les énormes pièces structurelles pour les avions et les moules pour les voitures.