Исчерпывающее руководство по технологии порошкового наплавления

Powder Bed Fusion (PBF) - это революционная технология аддитивного производства, обладающая широким спектром преимуществ по сравнению с традиционными методами. В этом руководстве рассматриваются различные аспекты PBF, ее преимущества, области применения и влияние на такие отрасли, как аэрокосмическая, медицинская и автомобильная.

Понятие порошкового наплавления

Powder Bed Fusion (PBF) - это технология AM, которая позволяет выборочно сплавлять порошкообразные материалы для создания твердых объектов. Она использует источники тепла, такие как лазеры или электронные пучки, для расплавления или спекания порошка в соответствии с цифровой моделью. В технологии PBF (см. рис. 1) тонкий слой порошка распределяется по платформе, а источник тепла, такой как лазер или электронный луч, используется для выборочного расплавления или спекания порошка в соответствии с цифровой моделью. После завершения каждого слоя наносится новый слой порошка, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан весь объект.

Рисунок 1. Процесс сплавления порошкового слоя

Типы порошкового наплавления

PBF можно разделить на две общие категории: Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) и Electron Beam Powder Bed Fusion (EB-PBF). L-PBF - это категория процессов PBF, в которых лазер используется в качестве источника энергии для выборочного сплавления порошковых материалов и создания объектов слой за слоем. В то время как в EB-PBF в качестве источника энергии используется электронный луч для выборочного расплавления и сплавления порошковых материалов, обычно металлических порошков, для создания трехмерных объектов. В PBF используется и ряд других процессов. Более подробную информацию вы можете найти на рисунке ниже.

Рисунок 2. Варианты процессов AM

Преимущества порошкового наплавления

Будучи передовой технологией, PBF обладает следующими преимуществами по сравнению с традиционными подходами.

1. Сложные геометрии: Процессы PBF позволяют создавать сложные и замысловатые детали, которые трудно или невозможно изготовить традиционными методами. Послойный подход позволяет создавать детали с внутренними каналами, решетчатыми структурами и оптимизированными конструкциями для облегчения веса.

2. Гибкость конструкции: Такая технология предоставляет конструкторам значительную свободу проектирования, позволяя изготавливать детали с учетом индивидуальных особенностей. Она также позволяет интегрировать несколько компонентов в одну деталь, что снижает требования к сборке и уменьшает количество потенциальных точек отказа.

3. Универсальность материалов: Процессы PBF работают с широким спектром материалов, включая металлы, полимеры и керамику. Такая универсальность позволяет изготавливать детали с различными механическими, термическими и химическими свойствами, расширяя возможности применения в различных областях.

4. Сокращение отходов материалов: Эта технология отличается высокой эффективностью использования материалов. Для изготовления детали используется только необходимое количество порошка, что приводит к минимальным отходам по сравнению с традиционными методами производства. Это приводит к экономии средств и снижению воздействия на окружающую среду.

5. Персонализация и персонализация: Процессы PBF позволяют легко настраивать и персонализировать детали, что делает возможным производство уникальных, единственных в своем роде компонентов. Это особенно полезно в медицине и стоматологии, где можно создавать имплантаты или протезы, ориентированные на конкретного пациента.

Области применения порошкового наплавления

Благодаря этим преимуществам порошковая плавка находит применение в самых разных отраслях промышленности. Вот некоторые из наиболее заметных областей ее применения.

1. Аэрокосмическая промышленность: Процессы PBF широко используются в аэрокосмической промышленности для производства легких, сложных и высокопроизводительных деталей. Примером может служить топливная форсунка PBF, изготовленная для двигателя GE9X компании General Electric, используемого в самолетах Boeing 777. Вы также можете найти компоненты, изготовленные по технологии PBF, такие как лопатки турбин, структурные кронштейны и теплообменники, что позволяет снизить вес, повысить эффективность использования топлива и оптимизировать конструкцию.

2. Медицина и стоматология: PBF внесла значительный вклад в развитие медицины и стоматологии. Она позволяет изготавливать индивидуальные имплантаты, протезы, хирургические направляющие и медицинские устройства для конкретных пациентов. Возможность создавать сложные и индивидуальные геометрии обеспечивает лучшую посадку, функциональность и комфорт пациента.

3. Автомобилестроение: PBF используется для изготовления функциональных прототипов, инструмента, оснастки и приспособлений в автомобильной промышленности. PBF также используется для производства легких компонентов, таких как детали двигателя, кронштейны и впускные коллекторы, что позволяет повысить топливную экономичность и общие характеристики автомобиля.

4. Другие виды использования

• Инструментарий и вспомогательные средства производства: Процессы PBF полезны для производства вставок для литья под давлением, шаблонов для литья и приспособлений.
• Ювелирные изделия и искусство: PBF также используется в мире искусства для производства уникальных скульптур, декоративных предметов и замысловатых художественных инсталляций.
• Энергетика: Кроме того, процессы PBF нашли применение в энергетическом секторе, в частности, в производстве компонентов для производства и распределения электроэнергии.

Похожие статьи: Новый материал для 3D-печати - тугоплавкий металл

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что технология Powder Bed Fusion - это трансформационная технология с глубокими последствиями для различных отраслей промышленности. Гибкость конструкции, универсальность материалов, сокращение отходов, возможности персонализации и способность создавать сложные геометрические формы делают PBF мощным инструментом для инноваций, эффективности и прогресса в аэрокосмической, медицинской и автомобильной отраслях, а также во многих других отраслях, где востребованы высокопроизводительные детали и индивидуальные решения.

Stanford Advanced Materials (SAM) предоставляет качественные материалы для 3D-печати по конкурентоспособным ценам. Кроме того, предлагаются индивидуальные изделия, изготовленные по технологии PBF. Отправьте нам запрос, если вы заинтересованы.

Ссылки:

[1] Additive Manufacturing Research Group. Powder Bed Fusion. Loughborough University. https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadditivemanufacturing/powderbedfusion/