Która technologia jest najbardziej odpowiednia do masowej produkcji części metalowych? Porównanie: NeuBeam vs. PBF-EB vs. PBF-Laser

W ostatnich latach produkcja addytywna metali (metal AM) stała się kluczową technologią w przemyśle lotniczym, obronnym i energetycznym.
Obecnie na rynku dominują dwa podejścia oparte na zasadzie spiekania proszków metali w złożu proszkowym (PBF). Technologie te różnią się przede wszystkim rodzajem źródła energii, które podgrzewa i spieka proszek:

•  

• laser

• (

• PBF-L)

• ,

  wiązka elektronów (PBF-EB).

Wayland Additive opracował i uruchomił nową generację procesu wiązki elektronów NeuBeam, który otwiera nowe możliwości wykorzystania przyrostowej produkcji metali w praktyce przemysłowej.

Każda z tych technologii ma swoje mocne strony i ograniczenia, które określają, czy proces jest odpowiedni do prototypowania, produkcji małoseryjnej czy masowej produkcji na pełną skalę. Ten przegląd porównuje tradycyjne PBF-L i PBF-EB z nową technologią NeuBeam.

PBF-Laser: wysoka precyzja, ale ograniczenia dla większych części

Technologia PBF-L wykorzystuje jeden lub więcej laserów do spiekania proszku metalowego warstwa po warstwie.
Zapewnia wysoką rozdzielczość, doskonałą dokładność wymiarową i szeroki zakres stosowanych materiałów. Jest szczególnie odpowiednia dla części o drobnej geometrii, topologicznie zoptymalizowanych struktur oraz małych i średnich komponentów.

Jednak w przypadku większych części i długich cykli produkcyjnych widoczne stają się poważne ograniczenia:

•  

• znaczne różnice temperatur między obszarem spiekania a otaczającym materiałem → rozwój naprężeń wewnętrznych i możliwość deformacji

• ,

  naprężenia szczątkowe często wymagają późniejszej obróbki cieplnej

• ,

  moc lasera i wydajność absorpcji ograniczają proces dla stopów o wysokiej wytrzymałości.

Dlatego PBF-L doskonale nadaje się do precyzyjnych prototypów, małych partii i szczegółowych komponentów, ale mniej nadaje się do masowej produkcji wielkoseryjnej.

PBF-EB: wyższa wydajność, ale ograniczona stabilność procesu

Proces PBF-EB wykorzystuje wiązkę elektronów pod próżnią do spiekania proszków metali bez ryzyka utleniania. Umożliwia wydajną obróbkę trudnych materiałów, zwłaszcza stopów tytanu, Inconelu i stopów kobaltowo-chromowych. W porównaniu do procesu laserowego, PBF-EB jest szybszy i mniej podatny na naprężenia szczątkowe ze względu na wyższą temperaturę procesu.

Ma on jednak również swoje ograniczenia:

•  

• interakcja wiązki elektronów z warstwą proszku może powodować ładowanie cząstek proszku, prowadząc do niestabilności procesu

• ,
•  

• dlatego konieczne jest wstępne wypalanie całej warstwy proszku, tworząc tak zwany spiekany placek i wymagając rozległej obróbki końcowej

• ,

  wynikowa jakość powierzchni jest zazwyczaj grubsza i wymaga dodatkowych operacji wykończeniowych.

PBF-EB jest zatem odpowiedni tam, gdzie priorytetem jest wytrzymałość mechaniczna i stabilność termiczna materiału, a nie maksymalna precyzja lub jakość powierzchni.

NeuBeam: nowa generacja procesu wiązki elektronów

Technologia NeuBeam, opracowana przez Wayland Additive, stanowi istotną ewolucję tradycyjnego PBF-EB. Główna różnica polega na aktywnej neutralizacji ładunków elektrostatycznych w proszku, co zapobiega odpychaniu cząstek i umożliwia stabilny proces nawet przy wysokich energiach wiązki elektronów.

NeuBeam łączy:

•  

• wydajność procesu i głębokość zagęszczania wiązką elektronów

• ,

  z precyzją i dokładną kontrolą typową dla systemów laserowych.

Technologia została zaimplementowana w systemie przemysłowym Calibur3, przeznaczonym do produkcji masowej:

• Objętość robocza: 300 × 300 × 450 mm

• Grubość warstwy: 150 µm

• Moc źródła elektronów: do 5 kW przy 60 kV

• Temperatury procesu: do ~1000 °C (w zależności od materiału

• )

  Nie jest wymagane wstępne wypalanie warstwy proszku

Dzięki eliminacji ładunków elektrostatycznych i bardziej stabilnym warunkom temperaturowym NeuBeam:

•  

• znacząco redukuje naprężenia wewnętrzne

• ,
•  

• zapewnia jednolitą mikrostrukturę

• ,

  zapewnia stałą gęstość materiału.

Jednocześnie skraca czas budowy i obróbki końcowej, co czyni go silnym kandydatem do prawdziwie masowej produkcji elementów metalowych.

Porównanie technologii: kluczowe parametry

)

Praktyczne implikacje

NeuBeam już teraz wykazuje znaczące korzyści w przemyśle lotniczym i obronnym. Umożliwia produkcję dużych, cienkościennych i obciążonych termicznie części bez deformacji i z doskonałą powtarzalnością wymiarową. Materiały takie jak tytan, Inconel czy wolfram mogą być produkowane bez podpór, z jednorodną mikrostrukturą i właściwościami mechanicznymi porównywalnymi do odkuwek.

"NeuBeam umożliwia projektantom i inżynierom produkcji pracę z materiałami, które wcześniej były praktycznie niedostępne dla produkcji addytywnej - przy jednoczesnym osiągnięciu wydajności odpowiadającej prawdziwej produkcji masowej".

DarrinDickinson, Wayland Additive

Wniosek: stabilna ścieżka do masowej produkcji przemysłowej

Podczas gdy PBF-L pozostaje standardem dla wysoce precyzyjnych prototypów, a PBF-EB jest uznaną metodą dla stałych stopów odpornych na wysokie temperatury, NeuBeam wprowadza proces elektronowy w nową erę stabilnej, powtarzalnej i skalowalnej produkcji przemysłowej.

Praktycznie eliminując potrzebę wstępnego wypalania proszku, zmniejszając naprężenia wewnętrzne i umożliwiając wydajne przetwarzanie trudnych materiałów - w tym wolframu i superstopów wysokotemperaturowych - NeuBeam oferuje unikalne połączenie wydajności, precyzji i niezawodności procesu.

Dla sektora lotniczego, obronnego i energetycznego, NeuBeam zapewnia praktyczną ścieżkę do masowej produkcji na pełną skalę części metalowych, które wcześniej były trudne lub niemożliwe do wyprodukowania przy użyciu innych metod.