금속 3D 프린팅, 진공 청소 또는 기류 청소에 더 적합한 것은 무엇입니까?

一, 진공 청소 기술: EBM 프로세스의 물리적 기반
1. 주요 작동 방식
EBM(전자빔 용해) 기술에서는 고에너지 전자빔이 진공에서 금속 분말을 한 번에 한 층씩 녹입니다. 진공 시스템에는 세 가지 주요 작업이 있습니다.
전자빔 경로 보장: 4 × 10 ⁻¹ Pa의 고진공에서 전자빔의 평균 자유 경로는 수십 미터에 도달할 수 있습니다. 이는 빔이 가스 분자에 닿을 때 에너지가 손실되는 것을 방지하고 용융 풀이 ± 0.2mm 이내로 정확하도록 보장합니다.
재료의 산화 방지: 진공 상태에서는 티타늄 합금(Ti6Al4V) 등 활물질의 산화율이 ​​99.7% 감소하고, 분말 회수율은 SLM 방식의 75%에서 92%로 높아집니다. 한 페이지 인쇄 비용이 30% 절감됩니다.
더 나은 탈기 효과: 진공 환경은 용융 풀의 가스 용해도를 80%, 다공성을 SLM의 0.5%에서 0.02%로 낮추어 부품의 피로 수명을 크게 늘립니다.
2. 장비 사용 계획
예를 들어, 독일 파이퍼 베큠(Pfeiffer Vacuum)의 EBM 시스템은 3가지-레벨 진공 아키텍처를 사용합니다.
루츠 펌프와 회전 날개 펌프는 함께 작동하여 대략적인 펌핑을 제공하여 단 3분 만에 챔버의 압력을 대기압에서 10⁻¹ Pa까지 낮춥니다.
고진공 펌프 그룹: 분자 펌프와 티타늄 승화 펌프가 함께 작동하여 전자빔 안정성을 위해 가장 높은 EBM 요구 사항인 5 × 10⁻⁵ Pa의 진공을 생성합니다.
누출 탐지 시스템: 헬륨 질량 분석계 누출 감지기는 챔버의 밀봉 상태를 실시간으로 감시하고 누적 누출률을 1 × 10⁻⁹ Pa · m³/s 미만으로 유지하여 인쇄 공정을 장기간 안정적으로 유지합니다.
3. 처리과정의 제한
후버 청소가 제한되는 세 가지 방법은 기본적으로 다음과 같습니다.
장비 비용이 높습니다. 고진공 시스템은 EBM 장비 전체 비용의 40%를 차지하며 유지 관리 비용은 SLM 절차보다 2.3배 더 높습니다.
제한된 재료 적응성: 전자빔 용해 공정에서만 작동하며 SLM과 같은 레이저 용해 기술에서는 작동하지 않습니다.
제조 주기의 한계: 진공 펌핑은 단일 제품 생산 주기의 25%를 차지하므로 대량 생산 시 효율성이 훨씬 떨어집니다.
2, 기류 청소 기술: LPBF 공정에서 큰 진전
1. 기술에 대한 새로운 아이디어
EOS는 대형 LPBF(레이저 파우더 베드 용융) 기계용 AirSword를 생산했습니다. 공기 흐름 관리 시스템은 유체 역학을 최적화하여 세 가지 큰 개선을 이루었습니다.
층류 설계: 정류기 채널과 공기 가이드 핀을 혼합하여 사용함으로써 공기 흐름 속도의 표준 편차가 일반적인 1.2m/s에서 0.3m/s로 낮아져 캐비티 내부의 소용돌이 영역을 제거합니다.
열역학 제어: 핀 내부에는 공기 흐름 온도가 섭씨 5도 이상 변하지 않도록 순환하는 냉각액이 있습니다. 이는 열 응력으로 인해 분말이 서로 뭉치는 것을 방지합니다.
다양한 물리적 필드의 결합: 공기 ​​덕트 구조를 개선하기 위해 CFD 시뮬레이션을 사용했으며, 그 결과 1.5m × 1.5m 건물 면적에서 98.7%의 연기 및 먼지 제거 효과를 얻었습니다. 이는 기존 교차 환기 방식보다 42% 더 좋습니다.
2. 엔지니어링 구현 사례
AMCM M8K 장비를 사용할 때 AirSword™ 시스템은 다음과 같은 많은 이점을 보여줍니다.
광학 시스템 보호: 보호 렌즈의 투과율은 200시간 연속 인쇄 후에도 99.2%를 유지합니다. 이는 유지 관리 주기가 표준 솔루션보다 5배 더 오래 지속된다는 것을 의미합니다.
분말 활용도 향상: 챔버 내 산소 수준이 50ppm 미만으로 안정적으로 유지되어 니켈{1}} 기반 합금 분말의 산화율이 ​​0.8%에서 0.15%로 낮아집니다.
제작 가능 수량의 혁신: 1m 1m 0.5m 크기의 항공 구조 부품 제작에 소요되는 프린팅 사이클 시간이 진공 방식보다 35% 빠른 72시간으로 단축되었습니다.
3. 기술적 한계
기류 청소의 사용은 다음 요인에 의해 제한됩니다.
재료 활성에 대한 제한: 티타늄 합금과 같이 산화에 매우 민감한 재료의 경우 불활성 가스(예: 아르곤 분압 99.999%)를 사용한 보호가 필요하므로 운영 비용이 증가합니다.
밀봉 장비 요구 사항: 외부 입자가 공기 흐름에 들어가 방해하는 것을 방지하려면 공기 덕트 시스템에 IP67 보호 등급이 있어야 합니다.
건물의 크기 제한: 건축 면적이 2m 2m 이상이고 기류 채널의 길이가 유체 역학의 임계값보다 큰 경우 분할된 독립적인 풍장 설계가 필요합니다.
3, 프로세스 적응성을 위한 결정 매트릭스
평가기준 : 기류청소기술, 진공청소기술
사용 가능한 프로세스 전자빔 용해(EBM) 및 레이저 분말 베드 용해(LPBF)
재료의 적응성: 티타늄 합금 및 코발트 크롬 합금과 같은 활성 재료와 알루미늄 합금 및 스테인레스강과 같은 일반 재료
건물의 크기는 0.35m 0.35m 0.38m ~ 1m 1m 0.5m 사이여야 합니다(더 크게 만들 수 있음).
높은 장비 비용 (전체 장비 비용의 40%)
생산효율이 낮고(후버사용률 25%) 높음(상시운전능력)
이를 사용하는 일반적인 장소로는 비행기 엔진용 터빈 블레이드, 의료용 임플란트, 비행기용 대형 구조 부품, 자동차용 금형 등이 있습니다.