top of page

V OBDELAVA Z ELEKTRONSKIM ŽARKOM (EBM) imamo elektrone z visoko hitrostjo, koncentrirane v ozek žarek, ki je usmerjen proti obdelovancu, ustvarja toploto in uparja material. Tako je EBM nekakšna HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING tehnika. Electron-Beam Machining (EBM) se lahko uporablja za zelo natančno rezanje ali vrtanje različnih kovin. Površinska obdelava je boljša in širina rezov je ožja v primerjavi z drugimi postopki termičnega rezanja. Elektronski žarki v opremi EBM-Machining se generirajo v elektronski pištoli. Uporaba obdelave z elektronskim žarkom je podobna uporabi obdelave z laserskim žarkom, le da EBM zahteva dober vakuum. Tako ta dva procesa uvrščamo med elektro-optično-termične procese. Obdelovanec, ki se obdeluje s postopkom EBM, se nahaja pod elektronskim žarkom in je pod vakuumom. Elektronske pištole v naših strojih EBM so opremljene tudi z osvetljevalnimi sistemi in teleskopi za poravnavo žarka z obdelovancem. Obdelovanec je nameščen na CNC mizo, tako da je mogoče obdelati luknje poljubne oblike z uporabo CNC krmiljenja in funkcije odklona žarka pištole. Da bi dosegli hitro izhlapevanje materiala, mora biti ravninska gostota moči v žarku čim večja. Na mestu udarca lahko dosežemo vrednosti do 10exp7 W/mm2. Elektroni prenesejo svojo kinetično energijo v toploto na zelo majhnem območju, material, na katerega vpliva žarek, pa izhlapi v zelo kratkem času. Staljeni material na vrhu sprednje strani se zaradi visokega parnega tlaka na spodnjih delih izžene iz območja rezanja. Oprema EBM je zgrajena podobno kot varilni aparati z elektronskim žarkom. Stroji z elektronskim žarkom običajno uporabljajo napetosti v območju od 50 do 200 kV za pospešek elektronov na približno 50 do 80 % svetlobne hitrosti (200.000 km/s). Za fokusiranje žarka elektronov na površino obdelovanca se uporabljajo magnetne leče, katerih delovanje temelji na Lorentzovih silah. Elektromagnetni odklonski sistem s pomočjo računalnika postavi žarek po potrebi, tako da je mogoče izvrtati luknje poljubne oblike. Z drugimi besedami, magnetne leče v opremi za obdelavo z elektronskim žarkom oblikujejo žarek in zmanjšajo divergenco. Odprtine na drugi strani omogočajo samo konvergentnim elektronom, da preidejo in zajamejo divergentne nizkoenergijske elektrone z robov. Zaslonka in magnetne leče v strojih EBM tako izboljšajo kakovost elektronskega žarka. Pištola v EBM se uporablja v impulznem načinu. Luknje je mogoče izvrtati v tanke plošče z enim samim impulzom. Za debelejše plošče pa bi bilo potrebnih več impulzov. Običajno se uporabljajo preklopni impulzi, ki trajajo od 50 mikrosekund do 15 milisekund. Da bi čim bolj zmanjšali trke elektronov z molekulami zraka, ki povzročijo sipanje, in ohranili kontaminacijo na minimumu, se v EBM uporablja vakuum. Vakuum je težko in drago izdelati. Še posebej je zelo zahtevno doseči dober vakuum v velikih prostorninah in komorah. Zato je EBM najbolj primeren za majhne dele, ki se prilegajo v kompaktne vakuumske komore primerne velikosti. Raven vakuuma v pištoli EBM je v vrstnem redu od 10EXP(-4) do 10EXP(-6) Torr. Medsebojno delovanje elektronskega žarka z obdelovancem proizvaja rentgenske žarke, ki predstavljajo nevarnost za zdravje, zato bi moralo opremo za EBM uporabljati dobro usposobljeno osebje. Na splošno se EBM-Machining uporablja za rezanje lukenj s premerom 0,001 palca (0,025 milimetra) in ozkih rež do 0,001 palca v materiale debeline do 0,250 palca (6,25 milimetra). Karakteristična dolžina je premer, v katerem je žarek aktiven. Elektronski žarek v EBM ima lahko značilno dolžino od deset mikronov do mm, odvisno od stopnje fokusiranja žarka. Na splošno je visokoenergijski fokusirani elektronski žarek narejen tako, da udari v obdelovanec z velikostjo točke 10 – 100 mikronov. EBM lahko zagotovi luknje s premeri v razponu od 100 mikronov do 2 mm z globino do 15 mm, tj. z razmerjem globina/premer okoli 10. V primeru defokusiranih elektronskih žarkov bi gostota moči padla vse do 1 Watt/mm2. Vendar pa se lahko v primeru fokusiranih žarkov gostota moči poveča na desetine kW/mm2. Za primerjavo, laserske žarke je mogoče fokusirati na točko velikosti 10–100 mikronov z gostoto moči do 1 MW/mm2. Električna razelektritev običajno zagotavlja največje gostote moči z manjšimi velikostmi točk. Tok žarka je neposredno povezan s številom elektronov, ki so na voljo v žarku. Tok žarka pri obdelavi z elektronskim žarkom je lahko tako nizek kot 200 mikroamperov do 1 amper. Povečanje žarkovnega toka in/ali trajanja impulza EBM neposredno poveča energijo na impulz. Za obdelavo večjih lukenj na debelejših ploščah uporabljamo visokoenergijske impulze, ki presegajo 100 J/pulz. V normalnih pogojih nam EBM-strojna obdelava nudi prednost izdelkov brez robov. Parametri procesa, ki neposredno vplivajo na značilnosti obdelave pri obdelavi z elektronskim žarkom, so:

 

• Pospeševalna napetost

 

• Žarkovni tok

 

• Trajanje impulza

 

• Energija na impulz

 

• Moč na impulz

 

• Tok leče

 

• Velikost točke

 

• Gostota moči

 

Nekatere modne strukture je mogoče dobiti tudi z obdelavo z elektronskim žarkom. Luknje so lahko zožene po globini ali oblikovane kot sod. Z fokusiranjem žarka pod površino lahko dosežemo obratne zožitve. Širok nabor materialov, kot so jeklo, nerjaveče jeklo, titanove in nikljeve superzlitine, aluminij, plastika, keramika, je mogoče obdelati z uporabo e-beam strojne obdelave. Z EBM lahko pride do toplotnih poškodb. Vendar pa je toplotno prizadeto območje ozko zaradi kratkega trajanja impulza v EBM. Toplotno prizadeta območja so na splošno velika okoli 20 do 30 mikronov. Nekatere materiale, kot so aluminijeve in titanove zlitine, je lažje obdelati v primerjavi z jeklom. Poleg tega obdelava z EBM ne vključuje rezalnih sil na obdelovance. To omogoča obdelavo krhkih in krhkih materialov z EBM brez kakršnega koli pomembnega vpenjanja ali pritrjevanja, kot je to v primeru mehanskih tehnik obdelave. Luknje je mogoče izvrtati tudi pod zelo plitvimi koti, kot je 20 do 30 stopinj.

 

 

 

Prednosti obdelave z elektronskim žarkom: EBM zagotavlja zelo visoke hitrosti vrtanja, ko so izvrtane majhne luknje z visokim razmerjem stranic. EBM lahko obdeluje skoraj vsak material ne glede na njegove mehanske lastnosti. Pri tem ni vključenih mehanskih rezalnih sil, zato so stroški vpenjanja, držanja in pritrjevanja zanemarljivi, krhke/krhke materiale pa je mogoče obdelati brez težav. Območja toplotnega vpliva pri EBM so majhna zaradi kratkih impulzov. EBM je sposoben zagotoviti poljubno obliko lukenj z natančnostjo z uporabo elektromagnetnih tuljav za odklon elektronskih žarkov in CNC mizo.

 

 

 

Slabosti obdelave z elektronskim žarkom: oprema je draga, upravljanje in vzdrževanje vakuumskih sistemov pa zahteva specializirane tehnike. EBM zahteva znatna obdobja vakuumske črpalke za doseganje zahtevanih nizkih tlakov. Čeprav je toplotno prizadeto območje pri EBM majhno, se tvorba prenovljene plasti pojavlja pogosto. Naše dolgoletne izkušnje in znanje nam pomagajo izkoristiti to dragoceno opremo v našem proizvodnem okolju.

bottom of page