موضوع مقاله: ساخت افزایشی با پرتو الکترونی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ساخت افزایشی با پرتو الکترونی | مقدمه: ماده اولیه (پودر یا سیم فلز) در خلا قرار می گیرد و در اثر گرم شدن توسط پرتو الکترون با هم ذوب می شود. | ## بخش 1: ساخت افزایشی با پرتو الکترونی | از تکنیک EBM مخصوصا برای ساخت قطعات سایز متوسط یا کوچک، در یک سری محدود یا تنها یک عدد استفاده می شود. به همین دلیل است که کاربران اصلی آن صنایع زیست پزشکی (مثلاً ساخت پروتز)، صنایع هوانوردی و صنایع موتورهای ورزشی هستند. سیستم های مبتنی بر پودر فلز پودرهای فلزی را می توان با استفاده از یک پرتوی الکترونی به عنوان منبع گرما به یک جسم جامد تبدیل کرد. قطعات با ذوب شدن پودر فلز، لایه به لایه، با پرتوی الکترونی در خلاء تولید می‌شوند. روش بستر پودری، قطعات فلزی کاملاً متراکمی را مستقیماً از پودر فلز با مشخصات ماده‌ی مورد نظر تولید می‌کند. این لایه‌ها با استفاده از یک پرتوی الکترونی کنترل شده توسط کامپیوتر ذوب می‌شوند. این فرایند در خلاء انجام می‌شود و این باعث می شود که برای ساخت قطعات از مواد واکنش‌پذیر با میل زیاد به اکسیژن (مانند تیتانیوم) مناسب باشد. این فرایند در دماهای بالا (تا 1000 درجه سانتیگراد) کار می‌کند، که می‌تواند منجر به تفاوت در تشکیل فاز از طریق انجماد و تبدیل فاز حالت جامد شود. ماده‌ی اولیه پودر به طور معمول از قبل آلیاژ می‌شود، درنتیجه پودر مورد استفاده، مخلوط است. تحولات تحقیق کارهای اخیر منتشر شده توسط ORNL، استفاده از فناوری EBM برای کنترل جهت‌گیری دانه‌های کریستالوگرافی محلی در اینکونل را نشان می­دهد. پس از آزمایش در میکروسکوپ الکترونی عبوری با استفاده از تکنیک پیشرفته در محل، ثابت شده‌است که آلیاژ اینکونل ساخته شده توسط EBM دارای ویژگی مکانیکی مشابهی در مقایسه با آلیاژ ساخته شده اینکونل است. | ## بخش 2: ساخت افزایشی با پرتو الکترونی | سایر تحولات قابل توجه در توسعه پارامترهای فرایند برای تولید قطعات از آلیاژهایی مانند مس، نیوبیوم ، Al 2024، فلز شیشه‌ای، فولاد ضد زنگ و تیتانیوم آلومینید متمرکز شده‌است. سیستم های مبتنی بر سیم فلزی رویکرد دیگر استفاده از پرتوی الکترونی برای ذوب سیم جوش بر روی سطح برای ساخت یک قطعه است. این شبیه فرایند چاپ سه بعدی معمول مدل‌سازی رسوب ذوب شده است، اما با فلز به جای پلاستیک. با استفاده از این فرایند ، یک تفنگ پرتو الکترونی منبع انرژی مورد استفاده برای ذوب مواد اولیه فلزی را که به طور معمول سیم است، تامین می کند. پرتو الکترون یک منبع قدرت بسیار کارآمد است که با استفاده از سیم پیچ های الکترومغناطیسی با سرعت هزاران هرتز می­تواند هم دقیقاً متمرکز شود و هم منحرف شود. سیستم‌های جوشکاری پرتو الکترونی معمولاً دارای قدرت بالایی هستند و سیستم‌های 30 و 42 کیلوواتی از رایج ترین آن‌ها هستند. یک مزیت عمده استفاده از اجزای فلزی با پرتوهای الکترونی این است که این فرایند در یک فضای خلأ 1 Torr یا بیشتر انجام می شود و یک منطقه کاری بدون آلودگی ایجاد می کند که نیازی به استفاده از گازهای بی‌اثر اضافی ندارد(فرایندهای مبتنی بر قوس و لیزر به طور معمول نیاز به استفاده از گازهای بی‌اثر دارند). با استفاده از EBDM، مواد اولیه به درون یک استخر مذاب که توسط پرتو الکترونی ایجاد شده، ریخته می‌شوند. با استفاده از کنترل‌های عددی رایانه ای ن(CNC)، حوضچه مذاب روی صفحه زیرلایه منتقل می‌شود و مواد را دقیقاً در جایی که برای تولید قطعه لازم است، اضافه می‌کند. این فرایند به صورت لایه به لایه تکرار می‌شود، تا زمانی که شکل سه‌بعدی موردنظر تولید شود. بسته به قطعه ساخته شده، نرخ رسوب می‌تواند تا 200 اینچ مکعب (3300 سانتی‌متر مکعب) در ساعت باشد. | ## بخش 3: ساخت افزایشی با پرتو الکترونی | در تولید با آلیاژ سبک مانند تیتانیوم، نرخ رسوب 40 پوند (18 کیلوگرم) در ساعت است. طیف گسترده‌ای از آلیاژهای مهندسی با فرایند EBDM سازگار هستند و به‌راحتی به صورت سیم جوش در دسترس هستند؛اما به فولاد ضدزنگ، آلیاژهای کبالت، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای نیکل-مس، تانتالیم، آلیاژهای تیتانیوم و همچنین بسیاری از مواد با ارزش دیگر محدود نمی‌شوند. این موضوع در صنایع هوافضا برای تولیدکنندگان بسیار ارزشمند است، زیرا فقط حدود ۲۰ درصد از مواد اولیه در ساخت قطعه نهایی استفاده می‌شوند و بقیه‌ی مواد بازیافت می‌شوند. سرعت: پرتو الکترونی می‌تواند به صورت همزمان به چند مکان جداگانه حرارت دهد، این امر باعث می‌شود که سرعت فرایند تولید به طرز چشمگیری افزایش یابد. فرایند EBM در خلاء و در دمای بالا انجام می‌شود، در نتیجه قطعات تولید شده نسبت به قطعات ریخته گری شده، تنش پسماند بسیار کمتری دارند و دارای خواص بهتری می باشند. برخلاف برخی از تکنیک‌های ذوب فلز، قطعات تولید شده در EBM بسیار متراکم و به شدت محکم هستند. در سطح پودر، پرتوی الکترونی کمی عریض‌تر از پرتوی لیزری است، بنابراین نمی‌تواند به دقت مشابه با لیزر دست پیدا کند. پرینتر سه بعدی EBM از انرژی کمتری استفاده می‌کند و سرعت بیشتری نسبت به تکنولوژی های دیگر پرینت سه‌بعدی فلز دارد اما کیفیت پایین‌تری نسبت به آنها ارایه می دهد. پرینتر مخصوص و مواد اولیه‌ی آن گران‌تر از تکنیک‌های لیزری هستند و در نتیجه EBM تنها برای پرینت سه بعدی صنعتی خاص مناسب است. بازار آلیاژهای تیتانیوم با استفاده از این فناوری به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند و همین امر آن را به گزینه‌ای مناسب برای بازار ایمپلنت پزشکی تبدیل کرده‌است. هوا فضا و سایر کاربردهای مکانیکی بسیار طاقت فرسا نیز هدف قرار گرفته‌است(موتور راکت رادرفورد). | ## جمع‌بندی | اولین دستگاه EBM در ایالات متحده توسط گروه مهندسی صنایع و سیستم ها در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی نگه‌داری می‌شود.