EBM megmunkálás és elektronsugaras megmunkálás

In ELEKTRON-SUGÁRAS MEGMUNKÁLÁS (EBM) nagy sebességű anyagunk van, amely a keskeny, hő hatására koncentrálódik, vagy egy darabba koncentrálja az elektronokat. Így az EBM egyfajta HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technika. Az elektronsugaras megmunkálás (EBM) különféle fémek nagyon pontos vágására vagy fúrására használható. Más termikus vágási eljárásokhoz képest jobb a felületkikészítés és keskenyebb a vágási szélesség. Az EBM-Machining berendezések elektronsugarait elektronsugaras pisztolyban állítják elő. Az elektronsugaras megmunkálás alkalmazásai hasonlóak a lézersugaras megmunkáláséhoz, azzal a különbséggel, hogy az EBM jó vákuumot igényel. Így ezt a két folyamatot elektro-optikai-termikus folyamatok közé soroljuk. Az EBM eljárással megmunkálandó munkadarab az elektronsugár alatt helyezkedik el és vákuum alatt van. Az EBM gépeinkben lévő elektronsugaras pisztolyok megvilágító rendszerekkel és teleszkópokkal is fel vannak szerelve a sugárnak a munkadarabhoz való igazítására. A munkadarab CNC asztalra van szerelve, így a pisztoly CNC vezérlésével és sugáreltérítési funkciójával bármilyen alakú furatok megmunkálhatók. Az anyag gyors elpárolgása érdekében a nyalábban lévő teljesítmény síkbeli sűrűségének a lehető legnagyobbnak kell lennie. Az ütközés helyén akár 10exp7 W/mm2 értékek is elérhetők. Az elektronok nagyon kis területen adják át kinetikus energiájukat hővé, és a nyaláb által érintett anyag nagyon rövid időn belül elpárolog. Az elülső rész tetején lévő megolvadt anyagot az alsó részek magas gőznyomása kiszorítja a vágási zónából. Az EBM berendezések az elektronsugaras hegesztőgépekhez hasonlóan épülnek fel. Az elektronsugaras gépek általában 50-200 kV feszültséget használnak fel, hogy az elektronokat a fénysebesség (200 000 km/s) körülbelül 50-80%-ára gyorsítsák fel. A Lorentz-erőkön alapuló mágneses lencsék az elektronsugarat a munkadarab felületére fókuszálják. Az elektromágneses eltérítési rendszer számítógép segítségével szükség szerint pozícionálja a gerendát, így bármilyen alakú lyukak fúrhatók. Más szavakkal, az elektronsugaras megmunkáló berendezés mágneses lencséi formálják a sugarat és csökkentik az eltérést. Másrészt a nyílások csak a konvergens elektronokat engedik át, és befogják a divergens alacsony energiájú elektronokat a peremekről. Az EBM-Machines rekesznyílása és mágneses lencséi így javítják az elektronsugár minőségét. Az EBM-ben lévő pisztolyt impulzus üzemmódban használják. Vékony lapokba egyetlen impulzussal lyukakat lehet fúrni. Vastagabb lemezekhez azonban több impulzusra lenne szükség. Általában 50 mikromásodperces kapcsolási impulzusidőt alkalmaznak akár 15 milliszekundumra is. Az EBM-ben vákuumot alkalmaznak a levegőmolekulákkal való elektronütközések minimalizálása érdekében, amelyek szóródást eredményeznek, és a szennyeződést minimálisra csökkentik. Vákuumot nehéz és költséges előállítani. Különösen a jó vákuum elérése nagy térfogatokban és kamrákban nagyon igényes. Ezért az EBM a legalkalmasabb olyan kis alkatrészekhez, amelyek ésszerű méretű kompakt vákuumkamrákba illeszkednek. A vákuum szintje az EBM fegyverében 10EXP(-4) és 10EXP(-6) Torr között van. Az elektronsugár kölcsönhatása a munkadarabbal olyan röntgensugárzást hoz létre, amely egészségkárosító hatású, ezért az EBM berendezést jól képzett személyzetnek kell kezelnie. Általánosságban elmondható, hogy az EBM-megmunkálást 0,001 hüvelyk (0,025 milliméter) átmérőjű lyukak és 0,001 hüvelyk keskeny hornyok vágására használják legfeljebb 0,250 hüvelyk (6,25 milliméter) vastagságú anyagokban. A jellemző hossz az az átmérő, amelyen a sugár aktív. Az EBM-ben lévő elektronnyaláb jellemző hossza több tíz mikrontól mm-ig terjedhet, a sugár fókuszálási fokától függően. Általában a nagy energiájú fókuszált elektronsugarat 10-100 mikron foltmérettel hozzáütik a munkadarabhoz. Az EBM 100 mikron és 2 mm közötti átmérőjű lyukakat tud biztosítani 15 mm mélységig, azaz 10 körüli mélység/átmérő arány mellett. Defókuszált elektronsugarak esetén a teljesítménysűrűség akár 1-re is csökkenne. Watt/mm2. Fókuszált nyalábok esetén azonban a teljesítménysűrűség több tíz kW/mm2-re növelhető. Összehasonlításképpen: a lézersugarak 10-100 mikron foltméretre fókuszálhatók, akár 1 MW/mm2 teljesítménysűrűséggel. Az elektromos kisülés általában a legnagyobb teljesítménysűrűséget biztosítja kisebb foltméretekkel. A sugáráram közvetlenül összefügg a sugárban elérhető elektronok számával. Az elektronsugaras megmunkálás során a sugáráram 200 mikroamper és 1 amper között is lehet. Az EBM sugáráramának és/vagy impulzus időtartamának növelése közvetlenül növeli az impulzusonkénti energiát. A vastagabb lemezeken nagyobb lyukak megmunkálásához 100 J/impulzus feletti nagyenergiájú impulzusokat használunk. Normál körülmények között az EBM-megmunkálás a sorjamentes termékek előnyét kínálja számunkra. Az elektronsugaras megmunkálásban a megmunkálási jellemzőket közvetlenül befolyásoló folyamatparaméterek a következők:

 

• Gyorsítási feszültség

 

• Nyalábáram

 

• Impulzus időtartam

 

• Impulzusonkénti energia

 

• Impulzusonkénti teljesítmény

 

• Lencseáram

 

• Foltméret

 

• Teljesítménysűrűség

 

Néhány díszes szerkezet az elektronsugaras megmunkálás segítségével is előállítható. A lyukak a mélység mentén kúposak vagy hordó alakúak lehetnek. A sugarat a felület alá fókuszálva fordított elvékonyodás érhető el. Az e-beam megmunkálással sokféle anyag megmunkálható, mint például acél, rozsdamentes acél, titán és nikkel szuperötvözetek, alumínium, műanyagok, kerámiák. Az EBM-hez hőkárosodások társulhatnak. A hőhatás zóna azonban szűk az EBM rövid impulzusideje miatt. A hőhatás által érintett zónák általában 20-30 mikron körüliek. Egyes anyagok, például az alumínium és a titánötvözetek könnyebben megmunkálhatók, mint az acél. Ezenkívül az EBM-megmunkálás nem jár forgácsoló erőkkel a munkadarabokon. Ez lehetővé teszi a törékeny és törékeny anyagok EBM-mel történő megmunkálását jelentősebb befogás vagy rögzítés nélkül, mint a mechanikus megmunkálási technikák esetében. A lyukak nagyon kis szögben is fúrhatók, például 20-30 fokos szögben.

 

 

 

Az elektronsugaras megmunkálás előnyei: Az EBM nagyon magas fúrási sebességet biztosít kis, nagy oldalarányú lyukak fúrásakor. Az EBM szinte bármilyen anyagot megmunkálhat, annak mechanikai tulajdonságaitól függetlenül. Mechanikai forgácsoló erők nem lépnek fel, így a befogási, tartási és rögzítési költségek figyelmen kívül hagyhatók, a törékeny/törékeny anyagok gond nélkül feldolgozhatók. Az EBM-ben a hő által érintett zónák kicsik a rövid impulzusok miatt. Az EBM bármilyen formájú lyukat pontossággal képes biztosítani az elektromágneses tekercsek használatával az elektronsugarak és a CNC asztal eltérítésére.

 

 

 

Az elektronsugaras megmunkálás hátrányai: A berendezések költségesek, a vákuumrendszerek működtetéséhez és karbantartásához speciális szakemberekre van szükség. Az EBM jelentős vákuumleszivattyúzási periódusokat igényel a szükséges alacsony nyomások eléréséhez. Annak ellenére, hogy a hőhatás zóna kicsi az EBM-ben, az újraöntött réteg kialakulása gyakran előfordul. Sok éves tapasztalatunk és know-how-nk segít abban, hogy kihasználjuk ezt az értékes berendezést gyártási környezetünkben.