Powder bed fusion (PBF) — синтез на подложке 2020

  • автор:

Powder bed fusion (PBF): перевод с «импортных» сайтов показывает — Сварка в порошковом слое. Сразу заметим, что это неправильное определение. Также многие пишут, что это одна из технологий 3д печати.

Здесь сразу две ошибки. Powder bed fusion – это не технология.

В этой статье и раскроем:

Что такое Powder bed fusion (PBF)?

Что такое Powder bed fusion (PBF)

Powder bed fusion (PBF) (синтез на подложке) — категория процессов 3д печати, в котором энергия от внешнего источника используется для избирательного спекания/сплавления предварительно нанесенного слоя порошкового материала.

Именно такое определение названию и применению Powder bed fusion (PBF) дает российский ГОСТ Р 57558-2017/ и европейский стандарт ISO/ASTM 52900:2015.

А уже типы процессов 3д печати используют различные технологии 3д печати. Т.е. тип – более широкое понятие, чем технология.

Группы Powder bed fusion по источнику энергии

Группы Powder bed fusion (PBF) по источнику энергии

Как металлические, так и пластиковые детали могут быть изготовлены с использованием этого метода. Синтез на подложке можно разделить на следующие четыре группы по источнику энергии, который он использует для расплавления материала:

— Laser Fused (лазерное плавление)

— Electron Beam fused (плавление электронным лучом)

— Fused with agent and energy (плавление агентом и энергией)

— Thermally fused (термическое сплавление)

Кроме того, метод лазерного плавления может быть подразделен по технологиям:

— EBM (метод электронно-лучевой плавки)

— SHS (выборочное тепловое спекание)

— SLM (3D-печать металлом)

— SLS (селективное (выборочное) лазерное спекание)

— DMLS (прямое металлическое лазерное спекание)

Технологии 3д печати Powder bed fusion (PBF)

  1. EBM или электронно-лучевая плавка происходит под электронным пучком. Металлический порошок сплавлен с использованием электронного пучка в высоком вакууме.
  2. Multi Jet Fusion (MJF) от компании HP относится к третьей категории. Порошковый слой равномерно нагревается в начале, где используется термоплавкий агент. Чобы связать порошок для создания трехмерных геометрических деталей.
  3. Технология селективного термического спекания (SHS) датской компании Blueprinter использует термопечатающую головку для спекания термопластичного порошка для создания трехмерных деталей, которые подпадают под четвертую категорию — термоплавкий слой.

Как работает Powder bed fusion

Как работает Powder bed fusion (PBF) (синтез на подложке)

Термические принтеры с порошковым слоем имеют две камеры:

— сборочную камеру,

— порошковую камеру вместе с валиком для нанесения покрытия. Чтобы перемещать и распределять порошковый материал по сборочной камере.

В некоторых случаях вышеупомянутая установка находится внутри частично вакуумной камеры. Она заполнена инертным газом для защиты расплавленного материала от коррозии.

Вы можете прочитать в интернете, почему предпочтительна инертная атмосфера и почему это важно. Кроме того, некоторые производители имеют две порошковые камеры на любой стороне. Или одной и той же стороне сборочной камеры. И используют их в качестве камеры избыточного перелива.

Камеры для порошка и строительных материалов могут перемещаться вверх и вниз по линейной оси z, которая перпендикулярна верхней горизонтальной плоскости.

Хотя каждый тип упомянутой выше технологии сварки в порошковом слое варьируется в зависимости от технологии, которую он использует для создания трехмерных деталей, каждая из них в целом следует некоторым общим этапам процесса создания конечной детали.

3D CAD модели преобразуются в сечения объектов и сохраняются в виде файла .stl.

Этот стереолитографический файл детали или деталей загружается и размещается в правильной ориентации через пользовательский интерфейс принтера. Это может быть программное обеспечение для настольного компьютера или принтера.

Порошковая камера заполняется порошковым строительным материалом (материалом в виде порошка). Либо вручную, либо с помощью автоматизированного процесса. Это может быть выполнено через картридж строительного материала или бункер.

Затем валик для нанесения осаждает тонкий слой порошка на строительной платформе. Разрешение деталей определяется толщиной слоя. Иногда после валика для нанесения покрытия используется скребок, лезвие или выравнивающий валик для обеспечения равномерной толщины верхнего слоя материала.

Затем источник энергии, такой как лазерный или электронный луч, используется для выборочного расплавления нанесенного тонкого верхнего слоя металлического порошка в соответствии с цифровыми двумерными данными поперечного сечения из файла .STL.

Когда этот слой был отсканирован и слит, платформа сборки постепенно уменьшается на разрешение по оси z слоя. Одновременно порошковая камера поднимается на ту же величину. Это определяет разрешение детали и определяет толщину порошкового покрытия.

Затем валик для нанесения осаждает другой тонкий слой порошка через сборочную камеру или платформу поверх плавленого участка толщиной слоя.

Источник энергии снова сканирует и сливает слой. Этот процесс наложения и слияния продолжается, пока трехмерный объект не будет полностью построен.

В конце операции печати деталь будет погружена в камеру для изготовления порошка. Как показано ниже, порошок удаляется, оставляя расплавленную часть соединенной с рабочей пластиной. Хотя плавление в порошковом слое не нуждается в поддержке детали, для сборки детали все еще требуется точка крепления, поэтому деталь будет встроена в сборную плиту.

PBF Очистка и удаление излишков порошка

Затем детали снимаются со сборочной плиты с помощью эрозии проволоки или других средств обработки. Следовательно, крайне важно, чтобы детали были спроектированы и загружены в правильной наиболее подходящей ориентации. Чтобы избежать ошибок при сборке и сократить потери и время сборки.

В зависимости от размера машины камеры могут представлять собой отдельный сменный картридж или встроенные бункеры.

В процессе сварки в порошковом слое могут использоваться любые порошковые материалы, но наиболее распространенными являются следующие материалы:

Селективное термическое спекание — нейлон (монохромный белый термопластичный порошок)

DMLS, SLS, SLM: нержавеющая сталь, титан, алюминий, кобальт хром, сталь

EBM: нержавеющая сталь, титан, алюминий, кобальт, хром и медь

Преимущества Powder bed fusion (PBF)

Низкая стоимость. Сравнительно низкая стоимость Powder bed fusion (PBF). Стоимость производства снизилась в недавнем прошлом из-за снижения цен на принтеры.

Отсутствие или минимальная поддержка. В большинстве случаев не требуется использование опорных структур. Поскольку порошок действует как интегрированная опорная структура. Но для большей точности иногда в качестве опоры используется нижняя сборочная пластина.

Широкий выбор материалов. Для создания трехмерных объектов можно использовать широкий ассортимент материалов. Включая керамику, стекло, пластик, металлы и сплавы.

Переработка порошка. Порошок может быть в некоторых случаях переработан. Хотя для того, чтобы получить более качественные детали, необходимо предварительно разогреть порошок. Что может привести к склеиванию порошка.

Недостатки Powder bed fusion (PBF)

Относительно длительное время печати. Предварительный нагрев порошка, образование вакуума, период охлаждения — все это увеличивает время сборки. Делая его одним из самых медленных в производстве добавок.

Постобработка PBF. Отпечатанные детали необходимо обработать перед использованием. Что добавляет время и стоимость.

Слабые структурные свойства. Их структурные свойства не являются хорошими по сравнению с другими производственными процессами из-за производства на основе слоев.

Текстура поверхности. Поскольку детали изготавливаются из сплавленного металлического порошка, качество поверхности зависит от размера зерна порошка. И будет очень похоже на производственные процессы, такие как литье в песок, литье под давлением и т.д.

Опорная сборка PBF. Во избежание таких проблем, как деформация из-за остаточного напряжения, может потребоваться поддержка. Хотя технически она не нуждается в опорах.

Кроме того, большинство принтеров используют сборочную пластину для сборки деталей. Поэтому они нуждаются в удалении и последующей обработке.

Переработка порошка. Порошок стоит дорого. Но еще дороже — выбрасывать остатки частично расплавленного или неиспользованного порошка. Чтобы ускорить процесс печати, порошок часто предварительно нагревают. Это означает, что на порошок влияет тепло. Несмотря на то, что он не находится в финальной части.

Тепловые искажения. Другой проблемой Powder bed fusion (PBF), в основном для полимерных деталей, является тепловое искажение. Это может вызвать усадку и коробление изготовленных деталей.

Высокое энергопотребление. Использует много энергии для создания деталей

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook