top of page

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) vi har høyhastighetselektroner konsentrert til et arbeidsstykke, og skaper varmestrålen mot materialet. Dermed er EBM en slags HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Elektronstrålebearbeiding (EBM) kan brukes til svært nøyaktig kutting eller boring av en rekke metaller. Overflatefinishen er bedre og snittbredden er smalere sammenlignet med andre termisk skjæreprosesser. Elektronstrålene i EBM-maskinutstyr genereres i en elektronstrålekanon. Applikasjonene til Electron-Beam Machining ligner på laser-Beam Machining, bortsett fra at EBM krever et godt vakuum. Dermed er disse to prosessene klassifisert som elektro-optisk-termiske prosesser. Arbeidsstykket som skal maskineres med EBM-prosess er plassert under elektronstrålen og holdes under vakuum. Elektronstrålekanonene i våre EBM-maskiner er også utstyrt med belysningssystemer og teleskoper for innretting av strålen med arbeidsstykket. Arbeidsstykket er montert på et CNC-bord slik at hull av enhver form kan maskineres ved hjelp av CNC-kontroll og stråleavbøyningsfunksjonaliteten til pistolen. For å oppnå rask fordampning av materialet, må den plane tettheten til kraften i strålen være så høy som mulig. Verdier opp til 10exp7 W/mm2 kan oppnås på støtstedet. Elektronene overfører sin kinetiske energi til varme på et veldig lite område, og materialet som påvirkes av strålen fordampes på svært kort tid. Det smeltede materialet på toppen av fronten drives ut av skjæresonen av det høye damptrykket i de nedre delene. EBM-utstyr er bygget på samme måte som elektronstrålesveisemaskiner. Elektronstrålemaskiner bruker vanligvis spenninger i området 50 til 200 kV for å akselerere elektroner til omtrent 50 til 80 % av lysets hastighet (200 000 km/s). Magnetiske linser hvis funksjon er basert på Lorentz-krefter brukes til å fokusere elektronstrålen til overflaten av arbeidsstykket. Ved hjelp av en datamaskin plasserer det elektromagnetiske avbøyningssystemet strålen etter behov, slik at hull av enhver form kan bores. Med andre ord, de magnetiske linsene i Electron-Beam-Machining-utstyr former strålen og reduserer divergensen. Blender på den annen side lar bare de konvergerende elektronene passere og fange opp de divergerende lavenergielektronene fra kantene. Blenderåpningen og de magnetiske linsene i EBM-maskiner forbedrer dermed kvaliteten på elektronstrålen. Pistolen i EBM brukes i pulsmodus. Hull kan bores i tynne plater ved hjelp av en enkelt puls. For tykkere plater vil imidlertid flere pulser være nødvendig. Byttepulsvarigheter på så lavt som 50 mikrosekunder til så lenge som 15 millisekunder brukes vanligvis. For å minimere elektronkollisjoner med luftmolekyler som resulterer i spredning og holde forurensning på et minimum, brukes vakuum i EBM. Vakuum er vanskelig og dyrt å produsere. Spesielt å oppnå godt vakuum innenfor store volumer og kammer er svært krevende. Derfor er EBM best egnet for små deler som passer inn i kompakte vakuumkamre av rimelig størrelse. Vakuumnivået i EBMs pistol er i størrelsesorden 10EXP(-4) til 10EXP(-6) Torr. Samspillet mellom elektronstrålen og arbeidsstykket produserer røntgenstråler som utgjør en helsefare, og derfor bør godt trent personell betjene EBM-utstyr. Generelt sett brukes EBM-Machining for å kutte hull så små som 0,001 tommer (0,025 millimeter) i diameter og spor så smale som 0,001 tommer i materialer opp til 0,250 tommer (6,25 millimeter) tykke. Karakteristisk lengde er diameteren som strålen er aktiv over. Elektronstråle i EBM kan ha en karakteristisk lengde på titalls mikron til mm avhengig av fokuseringsgraden til strålen. Generelt er den høyenergifokuserte elektronstrålen laget for å treffe arbeidsstykket med en punktstørrelse på 10 – 100 mikron. EBM kan gi hull med diametre i området 100 mikron til 2 mm med en dybde på opptil 15 mm, dvs. med et dybde/diameter-forhold på rundt 10. Ved ufokuserte elektronstråler vil effekttetthetene falle så lavt som 1 Watt/mm2. Men i tilfelle fokuserte stråler kan effekttetthetene økes til titalls kW/mm2. Som en sammenligning kan laserstråler fokuseres over en punktstørrelse på 10 – 100 mikron med en effekttetthet så høy som 1 MW/mm2. Elektrisk utladning gir vanligvis de høyeste effekttetthetene med mindre punktstørrelser. Strålestrømmen er direkte relatert til antall tilgjengelige elektroner i strålen. Strålestrømmen i elektronstrålebearbeiding kan være så lav som 200 mikroampere til 1 ampere. Økning av EBMs strålestrøm og/eller pulsvarighet øker direkte energien per puls. Vi bruker høyenergipulser i overkant av 100 J/puls for å bearbeide større hull på tykkere plater. Under normale forhold gir EBM-bearbeiding oss fordelen med gradfrie produkter. Prosessparametrene som direkte påvirker maskineringsegenskapene i elektronstrålebearbeiding er:

 

• Akselerasjonsspenning

 

• Strålestrøm

 

• Pulsvarighet

 

• Energi per puls

 

• Effekt per puls

 

• Linsestrøm

 

• Spotstørrelse

 

• Kraft tetthet

 

Noen fancy strukturer kan også oppnås ved bruk av elektronstrålebearbeiding. Hull kan være avsmalnende langs dybden eller tønneformede. Ved å fokusere strålen under overflaten, kan reverserte avsmalninger oppnås. Et bredt spekter av materialer som stål, rustfritt stål, titan og nikkel superlegeringer, aluminium, plast, keramikk kan bearbeides ved hjelp av e-beam-maskinering. Det kan være termiske skader forbundet med EBM. Imidlertid er den varmepåvirkede sonen smal på grunn av korte pulsvarigheter i EBM. De varmepåvirkede sonene er generelt rundt 20 til 30 mikron. Noen materialer som aluminium og titanlegeringer er lettere maskinert sammenlignet med stål. Videre involverer ikke EBM-bearbeiding skjærekrefter på arbeidsstykkene. Dette muliggjør maskinering av skjøre og sprø materialer av EBM uten noen betydelig klemme eller festing, slik tilfellet er i mekaniske maskineringsteknikker. Hull kan også bores i svært grunne vinkler som 20 til 30 grader.

 

 

 

Fordelene med Electron-Beam-Machining: EBM gir svært høye borehastigheter når små hull med høyt sideforhold bores. EBM kan maskinere nesten alle materialer uavhengig av dets mekaniske egenskaper. Ingen mekaniske skjærekrefter er involvert, dermed kan arbeidsklemming, holde- og festekostnader ignoreres, og skjøre/skjøre materialer kan behandles uten problemer. Varmepåvirkede soner i EBM er små på grunn av korte pulser. EBM er i stand til å gi alle former for hull med nøyaktighet ved å bruke elektromagnetiske spoler for å avlede elektronstråler og CNC-bordet.

 

 

 

Ulempene med elektronstrålebearbeiding: Utstyr er dyrt og drift og vedlikehold av vakuumsystemer krever spesialiserte teknikere. EBM krever betydelige perioder med vakuumpumping for å oppnå nødvendige lave trykk. Selv om den varmepåvirkede sonen er liten i EBM, skjer dannelsen av omstøpte lag ofte. Vår mange års erfaring og kunnskap hjelper oss å dra nytte av dette verdifulle utstyret i vårt produksjonsmiljø.

bottom of page