EBM Machining & Electron Beam Machining

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) we มีอิเล็กตรอนความเร็วสูงรวมตัวเป็นลำแสงแคบซึ่งพุ่งไปยังชิ้นงาน ทำให้เกิดความร้อนและทำให้วัสดุกลายเป็นไอ ดังนั้น EBM จึงเป็นชนิดของ HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique การแมชชีนนิ่งลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) สามารถใช้สำหรับการตัดหรือการคว้านโลหะชนิดต่างๆ ได้อย่างแม่นยำมาก ผิวสำเร็จดีกว่าและความกว้างของรอยตัดแคบกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการตัดด้วยความร้อนอื่นๆ ลำแสงอิเล็กตรอนในอุปกรณ์ EBM-Machining ถูกสร้างขึ้นในปืนลำแสงอิเล็กตรอน การใช้งานของ Electron-Beam Machining นั้นคล้ายกับ Laser-Beam Machining ยกเว้น EBM นั้นต้องการสุญญากาศที่ดี ดังนั้นกระบวนการทั้งสองนี้จึงถูกจัดประเภทเป็นกระบวนการทางไฟฟ้าแสง-ความร้อน ชิ้นงานที่จะตัดเฉือนด้วยกระบวนการ EBM จะอยู่ใต้ลำแสงอิเล็กตรอนและเก็บไว้ภายใต้สุญญากาศ ปืนลำแสงอิเล็กตรอนในเครื่องจักร EBM ของเรายังมาพร้อมกับระบบส่องสว่างและกล้องโทรทรรศน์สำหรับการจัดแนวลำแสงกับชิ้นงาน ชิ้นงานถูกติดตั้งบนโต๊ะ CNC เพื่อให้สามารถกลึงรูของรูปทรงต่างๆ ได้โดยใช้การควบคุม CNC และการเบี่ยงเบนลำแสงของปืน เพื่อให้เกิดการระเหยอย่างรวดเร็วของวัสดุ ความหนาแน่นระนาบของกำลังในลำแสงจะต้องสูงที่สุด ค่าสูงสุด 10exp7 W/mm2 สามารถทำได้ ณ จุดที่กระทบ อิเล็กตรอนจะถ่ายเทพลังงานจลน์ไปเป็นความร้อนในพื้นที่เล็กๆ และวัสดุที่ได้รับผลกระทบจากลำแสงจะระเหยไปในระยะเวลาอันสั้น วัสดุหลอมเหลวที่ด้านบนสุดของด้านหน้า ถูกขับออกจากบริเวณตัดด้วยแรงดันไอสูงที่ส่วนล่าง อุปกรณ์ EBM ถูกสร้างขึ้นคล้ายกับเครื่องเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน เครื่องจักรลำแสงอิเล็กตรอนมักใช้แรงดันไฟฟ้าในช่วง 50 ถึง 200 kV เพื่อเร่งอิเล็กตรอนให้เร็วขึ้นประมาณ 50 ถึง 80% ของความเร็วแสง (200,000 กม./วินาที) เลนส์แม่เหล็กที่ทำหน้าที่ยึดตามแรงลอเรนซ์นั้นใช้เพื่อโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนไปยังพื้นผิวของชิ้นงาน ด้วยความช่วยเหลือของคอมพิวเตอร์ ระบบโก่งตัวแม่เหล็กไฟฟ้าจะจัดตำแหน่งลำแสงตามต้องการเพื่อให้สามารถเจาะรูที่มีรูปร่างใดก็ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เลนส์แม่เหล็กในอุปกรณ์ Electron-Beam-Machining จะกำหนดรูปร่างของลำแสงและลดความเหลื่อมล้ำ ในทางกลับกันรูรับแสงยอมให้เฉพาะอิเล็กตรอนที่บรรจบกันเท่านั้นที่จะผ่านและจับอิเล็กตรอนพลังงานต่ำที่แตกต่างจากขอบ รูรับแสงและเลนส์แม่เหล็กในเครื่องจักร EBM จึงช่วยปรับปรุงคุณภาพของลำอิเล็กตรอน ปืนใน EBM ใช้ในโหมดพัลซิ่ง สามารถเจาะรูเป็นแผ่นบาง ๆ ได้โดยใช้พัลส์เดียว อย่างไรก็ตาม สำหรับแผ่นที่หนาขึ้น จำเป็นต้องใช้พัลส์หลายอัน โดยทั่วไปจะใช้การสลับระยะเวลาพัลส์ที่ต่ำถึง 50 ไมโครวินาทีเป็น 15 มิลลิวินาที เพื่อลดการชนกันของอิเล็กตรอนกับโมเลกุลของอากาศส่งผลให้เกิดการกระเจิงและลดการปนเปื้อนให้น้อยที่สุด สุญญากาศจึงถูกนำมาใช้ใน EBM สูญญากาศเป็นเรื่องยากและมีราคาแพงในการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการได้สุญญากาศที่ดีภายในปริมาตรและห้องขนาดใหญ่นั้นเป็นที่ต้องการอย่างมาก ดังนั้น EBM จึงเหมาะที่สุดสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่พอดีกับช่องสูญญากาศขนาดกะทัดรัดที่มีขนาดเหมาะสม ระดับสุญญากาศภายในปืนของ EBM อยู่ในลำดับ 10EXP(-4) ถึง 10EXP(-6) Torr ปฏิสัมพันธ์ของลำแสงอิเล็กตรอนกับชิ้นงานทำให้เกิดรังสีเอกซ์ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพ ดังนั้นบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดีจึงควรใช้งานอุปกรณ์ EBM โดยทั่วไปแล้ว EBM-Machining ใช้สำหรับตัดรูที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.001 นิ้ว (0.025 มม.) และร่องที่แคบเพียง 0.001 นิ้วในวัสดุที่มีความหนาสูงสุด 0.250 นิ้ว (6.25 มม.) ความยาวลักษณะเฉพาะคือเส้นผ่านศูนย์กลางที่ลำแสงทำงานอยู่ ลำแสงอิเล็กตรอนใน EBM อาจมีความยาวที่มีลักษณะเฉพาะตั้งแต่หลายสิบไมครอนถึงมม. ขึ้นอยู่กับระดับการโฟกัสของลำแสง โดยทั่วไป ลำแสงอิเล็กตรอนที่เน้นพลังงานสูงจะทำเพื่อกระแทกกับชิ้นงานที่มีขนาดเฉพาะจุด 10 – 100 ไมครอน EBM สามารถให้รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางได้ตั้งแต่ 100 ไมครอน ถึง 2 มม. โดยมีความลึกสูงสุด 15 มม. กล่าวคือ มีอัตราส่วนความลึก/เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ในกรณีของลำอิเล็กตรอนที่อยู่นอกโฟกัส ความหนาแน่นของพลังงานจะลดลงเหลือเพียง 1 วัตต์/มม.2 อย่างไรก็ตาม ในกรณีของลำแสงโฟกัส ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นสิบกิโลวัตต์/ตร.มม. ในการเปรียบเทียบ ลำแสงเลเซอร์สามารถโฟกัสได้บนจุดขนาด 10 – 100 ไมครอน โดยมีความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 1 MW/mm2 การคายประจุไฟฟ้าโดยทั่วไปจะให้ความหนาแน่นของกำลังสูงสุดโดยมีขนาดสปอตที่เล็กกว่า กระแสบีมเกี่ยวข้องโดยตรงกับจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในลำแสง กระแสบีมในการตัดเฉือนลำแสงอิเล็กตรอนสามารถต่ำได้ถึง 200 ไมโครแอมแปร์ถึง 1 แอมแปร์ การเพิ่มกระแสลำแสงของ EBM และ/หรือระยะเวลาของพัลส์จะเพิ่มพลังงานต่อพัลส์โดยตรง เราใช้พัลส์พลังงานสูงเกิน 100 J/pulse เพื่อเจาะรูขนาดใหญ่บนเพลตที่หนาขึ้น ภายใต้สภาวะปกติ การตัดเฉือน EBM ทำให้เราได้เปรียบจากผลิตภัณฑ์ที่ปราศจากครีบ พารามิเตอร์กระบวนการส่งผลโดยตรงต่อลักษณะการตัดเฉือนใน Electron-Beam-Machining ได้แก่

 

• แรงดันไฟฟ้าเร่ง

 

• กระแสไฟบีม

 

• ระยะเวลาชีพจร

 

• พลังงานต่อชีพจร

 

• กำลังต่อพัลส์

 

• เลนส์ปัจจุบัน

 

• ขนาดสปอต

 

• ความหนาแน่นของพลังงาน

 

โครงสร้างแฟนซีบางอย่างสามารถรับได้โดยใช้ Electron-Beam-Machining รูสามารถเรียวตามความลึกหรือรูปทรงกระบอก ด้วยการโฟกัสลำแสงที่อยู่ใต้พื้นผิว คุณจะได้เทเปอร์ย้อนกลับ วัสดุที่หลากหลาย เช่น เหล็ก สแตนเลส ไทเทเนียม และซุปเปอร์อัลลอยด์นิกเกิล อลูมิเนียม พลาสติก เซรามิก สามารถตัดเฉือนได้โดยใช้การแมชชีนนิ่งอีบีม อาจมีความเสียหายจากความร้อนที่เกี่ยวข้องกับ EBM อย่างไรก็ตาม โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะแคบลงเนื่องจากระยะเวลาพัลส์สั้นใน EBM บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนโดยทั่วไปจะมีขนาดประมาณ 20 ถึง 30 ไมครอน วัสดุบางชนิด เช่น อะลูมิเนียมและไททาเนียมอัลลอยด์สามารถตัดเฉือนได้ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับเหล็กกล้า นอกจากนี้ การตัดเฉือน EBM ไม่เกี่ยวข้องกับแรงตัดบนชิ้นงาน ซึ่งช่วยให้สามารถตัดเฉือนวัสดุที่เปราะบางและเปราะได้ด้วย EBM โดยไม่ต้องมีการจับยึดหรือยึดติด เช่นกรณีในเทคนิคการตัดเฉือนเชิงกล สามารถเจาะรูที่มุมที่ตื้นมาก เช่น 20 ถึง 30 องศา

 

 

 

ข้อดีของการตัดเฉือนลำแสงอิเล็กตรอน: EBM ให้อัตราการเจาะที่สูงมากเมื่อเจาะรูขนาดเล็กที่มีอัตราส่วนกว้างยาว EBM สามารถตัดเฉือนวัสดุได้เกือบทุกชนิดโดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติทางกล ไม่มีแรงตัดทางกลเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้น ค่าใช้จ่ายในการจับยึด จับยึด และฟิกซ์เจอร์ เป็นสิ่งที่มองข้ามไม่ได้ และสามารถแปรรูปวัสดุที่เปราะบาง/เปราะได้โดยไม่มีปัญหา โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนใน EBM มีขนาดเล็กเนื่องจากพัลส์สั้น EBM สามารถให้รูปทรงของรูได้อย่างแม่นยำโดยใช้ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเบี่ยงเบนลำแสงอิเล็กตรอนและโต๊ะ CNC

 

 

 

ข้อเสียของการตัดเฉือนลำแสงอิเล็กตรอน: อุปกรณ์มีราคาแพง การใช้งานและการบำรุงรักษาระบบสูญญากาศต้องใช้ช่างเทคนิคที่เชี่ยวชาญ EBM ต้องใช้ระยะเวลาการปั๊มสุญญากาศอย่างมากเพื่อให้ได้แรงดันต่ำที่ต้องการ แม้ว่าโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะมีขนาดเล็กใน EBM แต่การก่อตัวของชั้นการหล่อใหม่ก็เกิดขึ้นบ่อยครั้ง ประสบการณ์และความรู้หลายปีของเราช่วยให้เราใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์อันมีค่านี้ในสภาพแวดล้อมการผลิตของเรา