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Electron Beam Melting es una de las principales tecnologías de impresión 3D de metal , y ha sido comercializada por Arcam en los últimos años. Es similar a la sinterización directa por láser de metales , aunque con una diferencia clave que explicaremos a continuación.
EBM cae bajo el paraguas de Powder Bed Fusion junto con DMLS y SLM, al igual que la sinterización selectiva por láser si incluye plásticos. Es una tecnología de impresión puramente metálica; no puede imprimir polímeros plásticos con EBM.
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Tabla de contenido
Fusión por haz de electrones: Introducción
Aunque no es tan conocido como la estereolitografía o el modelado de deposición fundida , la EBM se utiliza con bastante regularidad en la impresión 3D de metales industriales. La fusión por haz de electrones es similar a SLS en que ambos imprimen en 3D desde un lecho de polvo a través de la fusión del lecho de polvo. Desde su invención, la técnica hasta ahora solo ha sido utilizada por Arcam en las cuatro impresoras 3D EBM actuales.
Impresión 3D de fusión por haz de electrones
En EBM, los componentes metálicos completamente densos se crean a partir de un lecho de polvo metálico y se funden mediante un potente haz de electrones. Cada capa se funde según el modelo de impresora 3D enviado a la impresora 3D .
La fusión por haz de electrones utiliza un haz de electrones de alta potencia para derretir el polvo metálico. Este haz de electrones se gestiona a través de bobinas electromagnéticas que permiten un control del haz extremadamente rápido y preciso. Además, esto permite que se mantengan simultáneamente varios ‘grupos de fusión’ diferentes (diferentes objetos dentro de la misma construcción al mismo tiempo).
Esta diapositiva a continuación describe los elementos centrales de la fusión por haz de electrones:
El proceso de fusión por haz de electrones se lleva a cabo al vacío y a altas temperaturas. Esto da como resultado piezas de metal producidas con mejores propiedades de material que mediante fundición. Mantener un entorno de construcción limpio y controlado es un factor clave para mantener las especificaciones químicas de la pieza impresa en 3D. Por esta razón, las impresoras EBM generalmente requieren operadores capacitados para monitorear la impresión.
El haz de electrones calienta todo el lecho de polvo a una temperatura de fusión óptima al imprimir cada capa. Esta temperatura depende del polvo metálico utilizado; algunos tienen puntos de fusión mucho más altos. Este calentamiento del lecho de polvo significa que las piezas impresas con Electron Beam Melting están libres de tensiones residuales y tienen mejores propiedades mecánicas.
En EBM, la envolvente de construcción se puede llenar con varios objetos construidos al mismo tiempo, siempre que estén todos adjuntos a la plataforma de construcción.
Postprocesamiento de fusión por haz de electrones
Después de la impresión, cualquier polvo no solidificado se puede recuperar y reutilizar en una impresión futura. Esto ahorra dinero y es mucho más eficiente que otros métodos de impresión 3D en los que tan solo el 20% del polvo total utilizado se sinteriza.
EBM, como FDM y SLA, requiere el uso de soportes cuando se imprime en 3D. Esto es para anclar las piezas a la plataforma de construcción y evitar que las piezas colgantes se vuelvan inestables. Además, estos soportes transfieren el calor lejos de donde se está fundiendo el polvo, reduciendo el estrés térmico en la pieza. Esto ayuda a prevenir el alabeo y la deformación general que puede ocurrir con las altas temperaturas.
Láser frente a haz de electrones: DMLS frente a EBM
La fusión por haz de electrones utiliza, como su nombre indica, un haz de electrones. Esto se diferencia de la sinterización directa por láser de metales en que se utiliza en su lugar un láser (con fotones).
Un filamento de tungsteno se calienta al vacío para producir estos electrones. Se proyectan a altas velocidades hacia el polvo metálico en el lecho de polvo para calentarlo. Se utiliza un vacío porque evita que el polvo metálico se oxide cuando se calienta.
Este video a continuación explica la tecnología de fusión por haz de electrones con más profundidad:
Materiales de fusión por haz de electrones
La fusión por haz de electrones se basa en cargas eléctricas para la impresión en 3D y, por lo tanto, los materiales deben ser conductores para su uso. Esto significa que los polímeros y las cerámicas no se pueden utilizar con fusión por haz de electrones.
Los polvos metálicos comúnmente utilizados incluyen aleaciones de titanio y cromo-cobalto. Sin embargo, estos materiales son caros, con un costo de entre 350 y 450 euros por kg.
Ventajas y desventajas de la fusión por haz de electrones
Ventajas de la fusión por haz de electrones
- Piezas de metal resistentes : las piezas impresas en 3D con EBM tienen una densidad muy alta (más del 99%).
- Escalable : se pueden producir varias piezas simultáneamente, ya que el haz puede separar el polvo en varios lugares a la vez.
- Imprime más rápido y con menos soportes que DMLS : Requiere menos soportes debido a que hay menos estrés térmico en las piezas, y la capacidad del haz de electrones para escanear toda la capa a la vez también la hace más rápida.
- Polvo reutilizable : el polvo no utilizado se puede recuperar y reutilizar, lo que ahorra dinero y protege el medio ambiente.
Desventajas / limitaciones de la fusión del haz de electrones
- No versátil : disponibilidad limitada de materiales para su uso en EBM.
- Caro : Requiere una impresora 3D de nivel industrial y materiales costosos. Las impresoras pueden costar más de € 250,000, y los materiales cuestan más de € 300 por kg.
- Las piezas suelen requerir mucho procesamiento posterior.
- Acabado superficial : las piezas tienen un acabado superficial menos liso que el DMLS.
- Tamaño de construcción limitado : la impresora EBM 3D más grande tiene un volumen de construcción de alrededor de 350 x 350 x 380 mm. Algunas impresoras 3D DMLS, como la X Line 2000R de Concept Laser, tienen un volumen de impresión de 800 x 400 x 500 mm.
Aplicaciones de la fusión por haz de electrones
La fusión por haz de electrones tiene aplicaciones en industrias como la aeronáutica y el automovilismo debido a las piezas resistentes y de alta densidad que puede producir. La fusión por haz de electrones también se utiliza en la industria biomédica para fabricar prótesis. Sin embargo, sobre todo, EBM se utiliza para piezas de pequeñas series y prototipos para comprobar la estructura de las piezas.
