Uma introdução ao derretimento por feixe de elétrons

A fusão por feixe de elétrons (EBM) é uma tecnologia de manufatura aditiva de metal que usa um feixe de elétrons para derreter camadas de pó metálico. Introduzido pela primeira vez em 1997 pela empresa sueca Arcam, EBM é ideal para a fabricação de peças finais leves, duráveis ​​e densas. A tecnologia é usada principalmente nas indústrias aeroespacial, médica e de defesa.

No tutorial de hoje, daremos uma olhada no processo de produção de EBM, seus benefícios e limitações, bem como os materiais e áreas de aplicação da tecnologia EBM.

Como funciona a fusão de feixe de elétrons?

A fusão por feixe de elétrons, como SLS e DMLS, pertence à família da fusão em leito de pó. No entanto, em contraste com outras tecnologias de metal AM, que usam um laser como fonte de calor, o EBM usa um feixe de elétrons de alta potência para derreter camadas de pó metálico. As camadas derretidas de pó de metal são então fundidas para criar uma peça de metal.

Uma visão passo a passo:

1. A placa de impressão é revestida com uma camada de pó metálico.
2. À medida que a camada é pré-aquecida, o poderoso feixe de elétrons derrete seletivamente o pó nas áreas definidas pelo modelo CAD digital.
3. A próxima camada é então depositada e o feixe derrete e funde as camadas.
4. O processo é repetido até que a forma final de uma peça seja alcançada. Após a remoção do excesso de pó, a parte metálica pode então passar pelo pós-processamento.
   

Para evitar a contaminação e oxidação do pó, o processo de impressão ocorre em um ambiente de vácuo.

Vantagens do EBM

EBM oferece uma série de benefícios que o distinguem de outras tecnologias de metal AM.

• O processo EBM usa um feixe várias vezes mais poderoso do que um laser - a principal fonte de calor usada em outras tecnologias de impressão 3D de metal. Essa maior potência do feixe - múltiplos feixes de elétrons são usados ​​simultaneamente no processo EBM - significa, em última análise, velocidades de impressão mais rápidas.
• A EBM pode produzir peças de metal de alta qualidade comparáveis ​​às produzidas com métodos de fabricação tradicionais, como fundição.
• Não apenas as peças possuem fortes propriedades mecânicas, mas também costumam ter alta densidade (mais de 99%), graças ao processo de pré-aquecimento e às altas temperaturas exigidas durante a impressão. O pré-aquecimento da base de impressão também minimiza tensões residuais, um problema comum enfrentado na impressão 3D de metal, reduzindo a necessidade de estruturas de suporte.
• EBM oferece desperdício mínimo, já que a maior parte do pó não utilizado pode ser reciclado para uso futuro - um benefício particular considerando os custos substanciais dos materiais usados ​​em EBM.

Limitações do EBM

• Por outro lado, as peças EBM normalmente têm um nível inferior de precisão quando comparadas às peças SLM, uma vez que as impressoras SLM usam pós e camadas mais finas do que EBM. Camadas mais espessas muitas vezes podem resultar em um acabamento de superfície áspero, e as peças EBM requerem pós-processamento adicional extensivo para alcançar uma superfície mais lisa.
• A escolha de materiais que podem ser usados ​​no processo de EBM é bastante limitada; isso se deve em parte ao fato de que o processo requer materiais caros e de alta qualidade, que também devem passar por testes completos com antecedência.
• O custo dos materiais juntamente com o custo das impressoras EBM 3D tornam essa tecnologia uma opção cara, adequada apenas para aplicações industriais.

Materiais

Uma gama limitada de metais pode ser usada com EBM, incluindo ligas de titânio (ideal para implantes médicos), cromo-cobalto, pós de aço e liga de níquel 718. Esses materiais demonstram alta resistência, resistência à corrosão e propriedades mecânicas de topo, o que é extremamente valioso em aplicações estressantes. É importante observar que qualquer material usado no EBM deve ser condutivo, pois o processo depende muito de cargas elétricas.

EBM também é supostamente a única solução AM comercial para a fabricação de peças de alumineto de titânio (TiAl). TiAl é particularmente conhecido por seu peso leve, força e resistência ao calor, embora seja propenso a rachaduras.

Aplicativos comuns

As aplicações mais comuns para a tecnologia EBM podem ser encontradas nas indústrias médica e aeroespacial, pois a tecnologia oferece uma maneira eficaz de produzir peças leves e complexas.

• Na indústria médica, o EBM pode ser usado para produzir implantes trabeculares e outros implantes médicos, personalizados para atender às necessidades do paciente. A LimaCorporate, fabricante italiana de aparelhos ortopédicos, foi uma das primeiras empresas a reconhecer o potencial da tecnologia EBM para a indústria ortopédica.
• No que diz respeito ao setor aeroespacial, o EBM é particularmente útil para a produção de componentes aeroespaciais com redução substancial de peso. A GE, por exemplo, já está usando a tecnologia EBM para imprimir lâminas de turbina em 3D para motores a jato.

Resumindo

Embora EBM seja mais adequado para aplicações industriais exigentes, a tecnologia demonstra o enorme potencial da fabricação de aditivos de metal. Com a capacidade de produzir peças de metal complexas comparáveis ​​às tecnologias de manufatura tradicionais, a EBM oferece uma solução inovadora para a fabricação de pequenas séries, protótipos e até peças de suporte usando impressão 3D. E conforme o novo Arcam EBM Spectra H entra no mercado, fica claro que mais inovações com EBM estão no horizonte, expandindo seus casos de uso para mais setores industriais.