עיבוד שבבי EBM ועיבוד קרן אלקטרונים

In ELECTRON-BEAM Machining (EBM) יש לנו אלקטרונים במהירות גבוהה אשר מרוכזים בחומר האלקטרוני ויוצרים את חומר החום ויוצרים את האלקטרונים לחומר חום. לפיכך EBM היא סוג של HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. עיבוד קרן אלקטרוני (EBM) יכול לשמש לחיתוך או קידוח מדויק מאוד של מגוון מתכות. גימור פני השטח טוב יותר ורוחב החתך צר יותר בהשוואה לתהליכי חיתוך תרמי אחרים. אלומות האלקטרונים בציוד EBM-Machining נוצרות באקדח קרן אלקטרונים. היישומים של עיבוד קרן אלקטרוני דומים לאלו של עיבוד קרן לייזר, אלא ש-EBM דורש ואקום טוב. לפיכך שני תהליכים אלו מסווגים כתהליכים אלקטרו-אופטיים-תרמיים. חומר העבודה המיועד לעיבוד באמצעות תהליך EBM ממוקם מתחת לקרן האלקטרונים ונשמר תחת ואקום. רובי קרן האלקטרונים במכונות ה-EBM שלנו מסופקים גם עם מערכות תאורה וטלסקופים ליישור הקרן עם חומר העבודה. חלק העבודה מותקן על שולחן CNC כך שניתן לעבד חורים מכל צורה באמצעות פונקציונליות בקרת ה-CNC והסטת האלומה של האקדח. כדי להשיג אידוי מהיר של החומר, הצפיפות המישורית של הכוח בקורה חייבת להיות גבוהה ככל האפשר. ניתן להשיג ערכים של עד 10exp7 W/mm2 במקום הפגיעה. האלקטרונים מעבירים את האנרגיה הקינטית שלהם לחום בשטח קטן מאוד, והחומר שנפגע מהקרן מתאדה תוך זמן קצר מאוד. החומר המותך בחלק העליון של החלק הקדמי, נפלט מאזור החיתוך על ידי לחץ האדים הגבוה בחלקים התחתונים. ציוד EBM בנוי בדומה למכונות ריתוך קרן אלקטרונים. מכונות אלומת אלקטרונים מנצלות בדרך כלל מתחים בטווח של 50 עד 200 קילו וולט כדי להאיץ אלקטרונים לכ-50 עד 80% ממהירות האור (200,000 קמ"ש). עדשות מגנטיות שתפקידן מבוסס על כוחות לורנץ משמשות למיקוד קרן האלקטרונים אל פני השטח של חומר העבודה. בעזרת מחשב, מערכת ההסטה האלקטרומגנטית ממקמת את האלומה לפי הצורך כך שניתן לקדוח חורים מכל צורה. במילים אחרות, העדשות המגנטיות בציוד Electron-Beam-Machining מעצבות את הקרן ומפחיתות את הסטייה. פתחים, לעומת זאת, מאפשרים רק לאלקטרונים המתכנסים לעבור וללכוד את האלקטרונים המתפצלים באנרגיה נמוכה מהשוליים. הצמצם והעדשות המגנטיות ב-EBM-Machines משפרים כך את איכות אלומת האלקטרונים. האקדח ב-EBM משמש במצב דופק. ניתן לקדוח חורים ביריעות דקות באמצעות פעימה אחת. עם זאת עבור צלחות עבות יותר, יהיה צורך במספר פולסים. בדרך כלל משתמשים במשכי פעימות החלפה של עד 50 מיקרו-שניות עד 15 מילי-שניות. כדי למזער התנגשויות אלקטרונים עם מולקולות אוויר וכתוצאה מכך לפיזור ולשמור על זיהום מינימלי, נעשה שימוש בוואקום ב-EBM. ואקום קשה ויקר לייצור. במיוחד השגת ואקום טוב בתוך נפחים ותאים גדולים היא תובענית מאוד. לכן EBM מתאימה ביותר לחלקים קטנים המתאימים לתאי ואקום קומפקטיים בגודל סביר. רמת הוואקום בתוך האקדח של ה-EBM היא בסדר גודל של 10EXP(-4) עד 10EXP(-6) טור. האינטראקציה של אלומת האלקטרונים עם חלק העבודה מייצרת קרני רנטגן המהוות סכנה בריאותית, ולכן צוות מאומן היטב צריך להפעיל ציוד EBM. באופן כללי, EBM-Machining משמש לחיתוך חורים קטנים כמו 0.001 אינץ' (0.025 מילימטר) בקוטר וחריצים צרים עד 0.001 אינץ' בחומרים בעובי של עד 0.250 אינץ' (6.25 מילימטר). אורך אופייני הוא הקוטר עליו פעילה הקורה. קרן אלקטרונים ב-EBM עשויה להיות בעלת אורך אופייני של עשרות מיקרונים עד מ"מ בהתאם למידת המיקוד של הקרן. בדרך כלל, אלומת האלקטרונים הממוקדת באנרגיה גבוהה עשויה לפגוע בחומר העבודה בגודל נקודה של 10 - 100 מיקרון. EBM יכולה לספק חורים בקטרים בטווח של 100 מיקרון עד 2 מ"מ עם עומק של עד 15 מ"מ, כלומר, עם יחס עומק/קוטר של כ-10. במקרה של קרני אלקטרונים לא ממוקדות, צפיפות ההספק תרד עד 1 וואט/מ"מ. עם זאת, במקרה של אלומות ממוקדות, ניתן להגדיל את צפיפות ההספק לעשרות קילוואט/ממ"ר. לשם השוואה, ניתן למקד את קרני הלייזר בגודל נקודה של 10 - 100 מיקרון עם צפיפות הספק גבוהה של 1 MW/mm2. פריקה חשמלית מספקת בדרך כלל את צפיפות ההספק הגבוהה ביותר עם גדלי נקודה קטנים יותר. זרם הקרן קשור ישירות למספר האלקטרונים הזמינים בקרן. זרם קרן בעיבוד קרן אלקטרוני יכול להיות נמוך עד 200 מיקרואמפר עד 1 אמפר. הגדלת זרם האלומה ו/או משך הפולס של ה-EBM מגדילה ישירות את האנרגיה לכל פולס. אנו משתמשים בפולסים בעלי אנרגיה גבוהה העולה על 100 J/פולס לעיבוד חורים גדולים יותר על לוחות עבים יותר. בתנאים רגילים, עיבוד שבבי EBM מציע לנו את היתרון של מוצרים נטולי קוצים. פרמטרי התהליך המשפיעים ישירות על מאפייני העיבוד בעיבוד אלקטרוני-קרן הם:

 

• מתח האצה

 

• קרן זרם

 

• משך הדופק

 

• אנרגיה לפולס

 

• הספק לפולס

 

• זרם עדשה

 

• גודל נקודה

 

• צפיפות הספק

 

ניתן להשיג כמה מבנים מפוארים גם באמצעות עיבוד אלקטרוני-קרן. חורים יכולים להיות מחודדים לאורך העומק או בצורת חבית. על ידי מיקוד הקרן מתחת לפני השטח, ניתן להשיג התחדדות הפוכה. מגוון רחב של חומרים כמו פלדה, נירוסטה, סגסוגות-על של טיטניום וניקל, אלומיניום, פלסטיק, קרמיקה ניתנים לעיבוד באמצעות עיבוד e-beam. עשויים להיות נזקים תרמיים הקשורים ל-EBM. עם זאת, האזור המושפע מחום צר בגלל משכי דופק קצרים ב-EBM. האזורים המושפעים מחום הם בדרך כלל סביב 20 עד 30 מיקרון. חומרים מסוימים כגון אלומיניום וסגסוגות טיטניום מעובדים בקלות רבה יותר בהשוואה לפלדה. יתר על כן, עיבוד EBM אינו כרוך בכוחות חיתוך על חלקי העבודה. זה מאפשר עיבוד של חומרים שבירים ושבירים על ידי EBM ללא הידוק או הצמדה משמעותיים כפי שקורה בטכניקות עיבוד מכניות. ניתן לקדוח חורים גם בזוויות רדודות מאוד כמו 20 עד 30 מעלות.

 

 

 

היתרונות של עיבוד קרן אלקטרוני: EBM מספקת קצבי קידוח גבוהים מאוד כאשר קודחים חורים קטנים עם יחס רוחב-גובה גבוה. EBM יכולה לעבד כמעט כל חומר ללא קשר לתכונות המכניות שלו. לא מעורבים כוחות חיתוך מכניים, ולכן ניתן להתעלם עלויות הידוק העבודה, החזקות והקיבוע, וניתן לעבד חומרים שבירים/שבירים ללא בעיות. אזורים מושפעי חום ב-EBM קטנים בגלל פולסים קצרים. EBM מסוגלת לספק כל צורה של חורים בדיוק על ידי שימוש בסלילים אלקטרומגנטיים להסטת קרני אלקטרונים וטבלת CNC.

 

 

 

החסרונות של עיבוד אלקטרוני-קרן: הציוד יקר ותפעול ותחזוקת מערכות ואקום דורשים טכנאים מומחים. EBM דורשת תקופות ירידה משמעותיות של משאבת ואקום להשגת הלחצים הנמוכים הנדרשים. למרות שאזור מושפע החום קטן ב-EBM, היווצרות השכבה המחודשת מתרחשת לעתים קרובות. הניסיון והידע רב השנים שלנו עוזרים לנו לנצל את הציוד היקר הזה בסביבת הייצור שלנו.