Spis treści:
Niecodzienne technologie druku 3D:
zobacz pozostałe artykuły
Dzięki technologii druku 3D w proszku tytanowym (EBM) prototypownie mechaniki mogą teraz znacząco zwiększyć swoją efektywność i przyspieszyć pracę.
Druk 3D, z którego korzystają profesjonalne prototypownie, firmy produkcyjne oraz instytucje naukowe stanowi dziś obszerną gałąź techniki. Wykracza ona daleko poza najbardziej rozpowszechnione w świecie amatorów i użytkowników półprofesjonalnych drukarki typu FDM/FFF. Nawet stereolitografia i inne pokrewne metody druku z użyciem materiałów fotoutwardzalnych dawno przestały wystarczać inżynierom – w niezliczonych zastosowaniach, nie tylko w konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych, konieczne jest stosowanie elementów metalowych już na etapie wstępnego modelu bądź prototypu. Jedną z technik, które doskonale sprawdzają się w szybkim wytwarzaniu modeli metalowych, jest metoda EBM, czyli druk 3D Electron Beam Melting.
Druk 3D EBM – jak to działa?
Druk EBM stał się możliwy dzięki działu elektronowemu. Zasada jego działania znana jest o wiele dłużej, bo od przeszło 100 lat. Uwalniane samorzutnie z powierzchni podgrzewanej elektrycznie katody elektrony są rozpędzane w polu elektrycznym wytworzonym przez zespół wysokonapięciowych elektrod. Odpowiednio skupioną (skolimowaną) wiązkę można w pewnym zakresie kątowym dowolnie odchylać na drodze elektromagnetycznej – dokładnie tak, jak ma to miejsce w klasycznym kineskopie (lampa CRT). Elektrony wiązki, trafiając na powierzchnię proszku metalowego, oddają energię kinetyczną w postaci ciepła, jednocześnie powodując gwałtowne stopienie metalu w niewielkiej objętości.
Proszek jest wygładzany, a następnie uzupełniany nad wydrukowaną poprzednio warstwą detalu za pomocą ruchomego zespołu przesuwającego się nad zbiornikiem roboczym. Sam zbiornik stopniowo się obniża, umożliwiając głowicy elektronowej utwardzanie kolejnych warstw w osi Z drukowanego elementu – pod względem koncepcyjnym zastosowano tutaj rozwiązanie analogiczne np. do drukarek SLA (choćby popularnego modelu Prusa SL1).
Zalety druku 3D metodą EBM
Zastosowanie działa elektronowego w maszynach drukujących posiada zalety niedostępne dla wszelkich innych form druku. Z jednej strony możliwość dowolnego sterowania kątami odchylenia wiązki w płaszczyźnie poziomej (tj. w osiach X i Y) oraz stopnia kolimacji wiązki (czyli rozmiaru docelowej plamki przekładającego się na rozmiar woksela detalu) zapewnia niebywałe uproszczenie konstrukcji maszyny. Ogromna szybkość skanowania, bo nawet do 1000 m/s, w połączeniu z wysoką precyzją (nie są do tego celu potrzebne żadne elementy mechaniczne, gdyż jedyny ruch detalu odbywa się w osi Z, zaś sama wiązka jest sterowana tylko i wyłącznie w sposób elektromagnetyczny) pozwala na uzyskiwanie wysokiej jakości detali z prędkością druku nawet do 60cm3/h (sic!).
Konieczność pracy w próżni (podyktowana wymogami samego działa elektronowego, a dokładniej – wydajności energetycznej) odpłaca się wdzięcznie możliwością pracy z materiałami wysoce reaktywnymi w stosunku do tlenu – przykładowo, proszki tytanowe, których spiekanie nie byłoby możliwe w otoczeniu powietrza atmosferycznego, są dla drukarek 3D EBM wprost wymarzonym surowcem.
Zastosowania technologii 3D EBM
Jak zawsze za praktycznymi zastosowaniami konkretnej technologii wytwarzania przemawia w pierwszej kolejności zakres dostępnych dla niej materiałów. Wspomniany wcześniej tytan, jako bodaj najatrakcyjniejszy i najbardziej zaawansowany materiał spośród stosowanych w przemyśle metal, jest szczególnie pożądany przez konstruktorów wymagających elementów konstrukcyjnych i medycznych. Wysoka biozgodność, nietoksyczność i zdolności osteointegracyjne tytanu (tj. przyspieszanie procesu zrastania się obcego materiału z kością pacjenta) sprawiają, implanty wykonane z tego materiału zawładnęły zarówno współczesną ortopedią (endoprotezy stawu biodrowego), jak i stomatologią. Tytan jest chętnie wykorzystywany także do tworzenia wsporników i innych elementów konstrukcyjnych w tak wymagających branżach, jak kosmiczna czy lotnicza – te właśnie obszary zastosowań są wprost idealne dla druku EBM.
Czy warto zatem inwestować w tego typu maszynę? Z pewnością tak, o ile przewidywana jest działalność produkcyjna i/lub prototypowa na szeroką skalę, czy to na własne potrzeby przedsiębiorstwa, czy też w postaci outsourcingu dla innych firm. EBM nie jest natomiast technologią przeznaczoną dla amatorów, którzy w swoich projektach z powodzeniem wykorzystywać mogą konwencjonalne drukarki, oferowane przez marki takie, jak Anet, Creality, czy Prusa.
