Loading article…
電子ビーム積層造形法、または電子ビーム溶融法（EBM）は、 金属部品の積層造形法、または3Dプリント法の一種です。原材料（金属粉末または金属ワイヤ）を真空下に配置し、電子ビームで加熱して融合させます。この技術は、原材料が完全に溶融しているため、選択的レーザー焼結とは異なります。 [1]選択的電子ビーム溶融法（SEBM）は、粉末床ベースの積層造形（AM）技術として登場し、1997年にスウェーデンに本社を置くArcam AB Corporationによって市場に投入されました。[2]
金属粉末ベースのシステム
電子ビームを熱源として金属粉末を固めて固体の塊にすることができます。部品は、高真空中で電子ビームを使用して金属粉末を層ごとに溶かして製造されます。
この粉末床法は、対象材料の特性を持つ金属粉末から直接、完全に高密度の金属部品を生産します。EBM マシンは 3D CAD モデルからデータを読み取り、粉末材料の連続層を敷き詰めます。これらの層は、コンピューター制御の電子ビームを使用して一緒に溶融されます。このようにして、部品が構築されます。このプロセスは真空下で行われるため、酸素との親和性が高い反応性材料 (チタンなど) で部品を製造するのに適しています。[3]このプロセスは、高温 (最大 1000 °C) で動作することが知られており、凝固と固体相転移による相形成に違いが生じる可能性があります。[4]
粉末原料は、通常、混合物ではなく、事前に合金化されています。この特徴により、EBM は選択的レーザー溶融(SLM) に分類されます。これに対し、 SLSやDMLSなどの競合技術では、製造後に熱処理が必要です。SLM や DMLS と比較すると、EBM はエネルギー密度が高く、スキャン方法も優れているため、一般的に構築速度が優れています。[引用が必要]
- 電子ビーム溶解ハードウェア
-
アルカムS12 -
アルカムA2 -
アルカムQ10 -
EBM積層造形で使用される金属粉末回収システム
研究開発
ORNLは最近、インコネルの局所的な結晶粒配向を制御するために EBM 技術を使用していることを実証する研究を発表しました。[5]最先端の in-situ 技術による透過型電子顕微鏡でのテストの後、EBM インコネル合金は、鍛造インコネル合金と比較して同様の機械的特性を示すことが証明されました。 [6]最近では、EBM プロセスに合わせて調整されたさまざまな鋼種（オーステナイト系、マルテンサイト系、二相系、フェライト系など）の微細構造と特性を調査する多数の調査が行われています。 [7]その他の注目すべき開発は、銅、[8]ニオブ、[9] Al 2024、[10]バルク金属ガラス、[11]ステンレス鋼、チタンアルミナイドなどの合金から部品を製造するためのプロセスパラメータの開発に重点が置かれています。現在EBMに用いられる市販材料としては、純チタン、Ti-6Al-4V、[12] CoCr、インコネル718、[13]インコネル625 [14]などがある。
金属ワイヤベースのシステム
もう一つのアプローチは、電子ビームを使用して溶接ワイヤを表面に溶かして部品を組み立てることである。[15] これは、一般的な3Dプリントプロセスである熱溶解積層法に似ていますが、プラスチックではなく金属を使用します。このプロセスでは、電子ビームガンが金属原料（通常はワイヤ）を溶かすために使用されるエネルギー源を提供します。電子ビームは、数千ヘルツに達する速度で電磁コイルを使用して正確に焦点を合わせたり偏向したりできる非常に効率的な電源です。一般的な電子ビーム溶接システムは、高い電力供給能力を備えており、30キロワットと42キロワットのシステムが最も一般的です。電子ビームで金属部品を使用する主な利点は、プロセスが1 × 10−4 Torr以上の圧力で、レーザーやアークベースのプロセスで一般的に使用される追加の不活性ガスを使用する必要のない汚染のない作業領域を提供します。EBDMでは、原料は電子ビームによって作成された溶融池に供給されます。コンピュータ数値制御（CNC）を使用して、溶融池は基板プレート上で移動し、ほぼネットシェイプを作成するために必要な場所に材料を追加します。このプロセスは、目的の3D形状が生成されるまで、層ごとに繰り返されます。 [16]
製造される部品に応じて、堆積速度は最大 200 立方インチ (3,300 cm 3 )/時になります。チタンなどの軽合金の場合、これはリアルタイムの堆積速度が 40 ポンド (18 kg)/時になります。さまざまなエンジニアリング合金が EBDM プロセスと互換性があり、既存の供給ベースから溶接ワイヤの形ですぐに入手できます。これには、ステンレス鋼、コバルト合金、ニッケル合金、銅ニッケル合金、タンタル、チタン合金、その他多くの高価値材料が含まれますが、これらに限定されません。[要出典]
市場
この技術ではチタン合金が広く使用されているため、医療用インプラント市場に適しています。
CE 認証を受けた寛骨臼カップは、 2007 年以来、欧州の整形外科用インプラント製造業者 2 社、Adler Ortho とLima Corporateによって EBM と共同で量産されています。[要出典]
米国のインプラント製造業者 Exactech も、EBM 技術で製造された寛骨臼カップについて FDA の認可を受けている。[要出典]
航空宇宙やその他の非常に要求の厳しい機械的用途もターゲットになっています。ラザフォード ロケット エンジンを参照してください。
EBMプロセスはガンマチタンアルミナイドの部品を製造するために開発されており、現在はAvio SpAとGeneral Electric Aviationによって、ガスタービンエンジン用のγ-TiAlタービンブレードの製造用に開発されています。 [17]
米国初のEBMマシンはノースカロライナ州立大学の産業システム工学部に設置されている。[18]
参照
参考文献
- ^ 「ASTM F2792 - 12a 積層造形技術の標準用語（2015年撤回）」。Astm.org 。 2017年4月26日閲覧。
- ^ Körner, C. (2016-07-03). 「選択的電子ビーム溶融による金属部品の付加製造 - レビュー」. International Materials Reviews . 61 (5): 361– 377. doi :10.1080/09506608.2016.1176289. ISSN 0950-6608.
- ^ 「電子ビーム溶解」。Thre3d.com。2014年2月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年1月28日閲覧。
- ^ Sames; et al. (2014). 「電子ビーム溶融法で 製造されたインコネル718材料の微細構造の不均一性に対する熱の影響」。Journal of Materials Research。29 ( 17): 1920– 1930。Bibcode :2014JMatR..29.1920S。doi :10.1557/ jmr.2014.140。S2CID 136814896 。
- ^ 「ORNLの研究で3Dプリンティングのユニークな機能が明らかに | ornl.gov」。2014年10月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年10月29日閲覧。
- ^ 郭乾英;キルカ、マイケル。林、連山。シン・ドンウォン;彭、建。ウノチッチ、キンガ A. (2020 年 9 月)。 「積層造形されたニッケル基超合金のその場透過型電子顕微鏡による変形と機械的応答」。スクリプトマテリア。186 : 57–62 .土井:10.1016/j.scriptamat.2020.04.012。S2CID 219488998。
- ^ リー、イェ;王、燕。牛、景哲。劉詩峰。リン、ヤン。リュウ、ナン。マ、ジュン。張、昭輝。王建（2023-01-18）。 「電子ビーム溶解法によるM2ハイス鋼の組織と機械的性質」材料科学と工学: A。862 : 144327.土井:10.1016/j.msea.2022.144327. ISSN 0921-5093。
- ^ 「電子ビーム溶解による銅部品の製造」Asminterinternational.org 。 2017年1月14日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2017年4月26日閲覧。
- ^ Martinez; et al. (2013). 「電子ビーム溶解法で製造したニオブ部品の微細構造」.金属組織学、微細構造、分析. 2 (3): 183– 189. doi : 10.1007/s13632-013-0073-9 .
- ^ Mahale, Tushar Ramkrishna (2009). 「先進材料と構造の電子ビーム溶融」. Bibcode :2009PhDT.......262M.
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ 「バルク金属ガラス製造におけるユニークなブレークスルー」。2014年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年10月29日閲覧。
- ^ 「EBM-Built Materials - Arcam AB」Arcam.com 2013年1月24日。2017年5月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年4月26日閲覧。
- ^ 「第8回超合金718および派生合金に関する国際シンポジウム：新しい加工方法」Programmaster.org 。 2017年4月26日閲覧。
- ^ 「Journal of Materials Research and Technology」。2014年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年10月29日閲覧。
- ^ 「ビデオ：電子ビーム直接製造：現代の機械工場」。Mmsonline.com。2013年6月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月10日閲覧。
- ^ 「指向性エネルギー堆積法（DED）3Dプリンティングとは？」Sciaky.com . Sciaky, Inc . 2021年5月16日閲覧。
- ^ 「GE が 3D プリントに画期的な新型電子銃を採用 – レーザー焼結の 10 倍のパワー」 2014 年 8 月 18 日。2014 年 12 月 5 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年 10 月 29 日閲覧。
- ^ 「先進製造業 | 産業工学」。
さらに読む
- 製造エンジニアリングとテクノロジー第 5 版。Serope Kalpakjian。
外部リンク
- 電子ビーム溶解について見て学ぶ
- エンジニアハンドブック
- 自動車デザインライン
- Arcam プロセス プレゼンテーション (pdf)
- 直接製造：ARCAM、EBMプロセスを説明するビデオ
- オープンソース電子ビーム積層造形