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 de metal o alambre) se coloca bajo vacío y se fusiona mediante calentamiento mediante un haz de electrones. Esta técnica se diferencia de la sinterización selectiva por láser porque los fusibles de la materia prima se han derretido por completo. [1] La fusión selectiva por haz de electrones (SEBM) surgió como una tecnología de fabricación aditiva (AM) basada en lecho de polvo y fue lanzada al mercado en 1997 por Arcam AB Corporation con sede en Suecia. [2]
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 las características del material objetivo. La máquina EBM lee datos de un modelo CAD 3D y deposita capas sucesivas de material en polvo. Estas capas se funden entre sí utilizando un haz de electrones controlado por computadora. De esta manera se construyen las piezas. El proceso se realiza al vacío, lo que lo hace adecuado para fabricar piezas en materiales reactivos con una alta afinidad por el oxígeno, por ejemplo, titanio. [3] Se sabe que el proceso opera a temperaturas más altas (hasta 1000 °C), lo que puede conducir a diferencias en la formación de fases mediante la solidificación y la transformación de fases en estado sólido. [4]
La materia prima en polvo suele estar prealeada, a diferencia de una mezcla. Ese aspecto permite la clasificación de EBM con fusión selectiva por láser (SLM), donde tecnologías competitivas 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 necesaria ]
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 . [5] Después de realizar pruebas 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. [6] En los últimos tiempos se han llevado a cabo numerosas investigaciones, explorando la microestructura y las características de varios grados de acero (incluidos austenítico, martensítico, de doble fase y ferrítico) diseñados para el proceso EBM. [7] Otros desarrollos notables se han centrado en el desarrollo de parámetros de proceso para producir piezas a partir de aleaciones como cobre , [8] niobio , [9] Al 2024 , [10] vidrio metálico a granel , [11] acero inoxidable y titanio. aluminuro . Actualmente, los materiales comerciales para EBM incluyen titanio comercialmente puro , Ti-6Al-4V , [12] CoCr , Inconel 718 , [13] e Inconel 625 . [14]
Otro enfoque consiste en utilizar un haz de electrones para fundir el alambre de soldadura sobre una superficie para construir una pieza. [15] Esto es similar al proceso común de impresión 3D de modelado por deposición fundida , pero con metal, en lugar de plásticos. En este proceso, un cañón de haz de electrones proporciona la fuente de energía utilizada para fundir la materia prima metálica, que suele ser 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 ventaja importante de utilizar componentes metálicos con haces de electrones es que el proceso se lleva a cabo 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 utilizados con procesos láser y basados en arco. Con EBDM, el material de alimentación se introduce en un baño fundido creado 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. [dieciséis]
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 disponibles en forma de alambre de soldadura a partir de una base de suministro existente. Estos incluyen, entre otros, aceros inoxidables, aleaciones de cobalto , aleaciones de níquel , aleaciones de cobre y níquel , tantalio , aleaciones de titanio, así como muchos otros materiales de alto valor. [ cita necesaria ]
Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente con esta tecnología, lo que la convierte en una opción adecuada para el mercado de implantes médicos.
Los cotilos 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 necesaria ]
El fabricante estadounidense de implantes Exactech también ha recibido la autorización de la FDA para un cotilo acetabular fabricado con tecnología EBM. [ cita necesaria ]
También se apunta a aplicaciones aeroespaciales y otras aplicaciones mecánicas altamente exigentes, véase 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 turbinas de gas. [17]
La primera máquina EBM de Estados Unidos se encuentra en el Departamento de Ingeniería de Sistemas e Industrial de la Universidad Estatal de Carolina del Norte . [18]
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )