Introducción a la fusión por haz de electrones

La fusión por haz de electrones (EBM) es una tecnología de fabricación de aditivos metálicos que utiliza un haz de electrones para fundir capas de polvo metálico. Introducido por primera vez en 1997 por la empresa sueca Arcam, EBM es ideal para fabricar piezas finales ligeras, duraderas y densas. La tecnología se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial, médica y de defensa.

En el tutorial de hoy, veremos el proceso de producción de EBM, sus beneficios y limitaciones, así como los materiales y áreas de aplicación de la tecnología EBM.

¿Cómo funciona la fusión por haz de electrones?

La fusión por haz de electrones, como SLS y DMLS, pertenece a la familia de fusión de lecho de polvo. Sin embargo, a diferencia de otras tecnologías de metal AM, que utilizan un láser como fuente de calor, la EBM utiliza un haz de electrones de alta potencia para fundir capas de polvo metálico. Las capas fundidas de polvo metálico se fusionan para crear una pieza metálica.

Una vista paso a paso:

1. La placa de construcción está cubierta con una capa de polvo metálico.
2. A medida que se precalienta la capa, el potente haz de electrones derrite el polvo de manera selectiva en las áreas definidas por el modelo CAD digital.
3. La siguiente capa se deposita y el rayo se derrite y fusiona capas juntas.
4. El proceso se repite hasta que se logra la forma final de una pieza. Después de eliminar el exceso de polvo, la parte metálica puede someterse a un procesamiento posterior.
   

Para evitar la contaminación y oxidación del polvo, el proceso de impresión se lleva a cabo en un entorno de vacío.

Ventajas de EBM

EBM ofrece una serie de beneficios que lo distinguen de otras tecnologías de metal AM.

• El proceso de EBM utiliza un rayo varias veces más potente que un láser, la principal fuente de calor utilizada en otras tecnologías de impresión 3D de metales. Este aumento de la potencia del haz (se utilizan varios haces de electrones simultáneamente en el proceso de EBM) significa, en última instancia, velocidades de impresión más rápidas.
• EBM puede producir piezas metálicas de alta calidad comparables a las producidas con métodos de fabricación tradicionales como la fundición.
• Las piezas no solo poseen fuertes propiedades mecánicas, también suelen tener una alta densidad (más del 99%), gracias al proceso de precalentamiento y las altas temperaturas requeridas durante la impresión. El precalentamiento de la plataforma de impresión también minimiza las tensiones residuales, un problema común que se enfrenta con la impresión 3D de metal, lo que reduce la necesidad de estructuras de soporte.
• EBM ofrece un desperdicio mínimo, ya que la mayor parte del polvo no utilizado se puede reciclar para uso futuro, un beneficio particular considerando los costos sustanciales de los materiales utilizados en EBM.

Limitaciones de EBM

• Por otro lado, las piezas EBM suelen tener un nivel más bajo de precisión en comparación con las piezas SLM, ya que las impresoras SLM utilizan polvos más finos y capas más delgadas que EBM. Las capas más gruesas a menudo pueden dar como resultado un acabado superficial rugoso, y las piezas de EBM requieren un procesamiento posterior adicional extenso para lograr una superficie más suave.
• La elección de materiales que se pueden utilizar en el proceso de MBE es bastante limitada; esto se debe en parte al hecho de que el proceso requiere materiales costosos y de alta calidad, que también deben someterse a pruebas exhaustivas de antemano.
• El costo de los materiales junto con el costo de las impresoras 3D EBM hacen que esta tecnología sea una opción costosa, adecuada solo para aplicaciones industriales.

Materiales

Se puede usar una gama limitada de metales con EBM, incluso con aleaciones de titanio (ideal para implantes médicos), cromo cobalto, polvos de acero y aleación de níquel 718. Estos materiales demuestran alta resistencia, resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas superiores, que es extremadamente valioso en aplicaciones estresantes. Es importante tener en cuenta que cualquier material utilizado en EBM debe ser conductor, ya que el proceso depende en gran medida de cargas eléctricas.

EBM también es, según se informa, la única solución comercial de AM para la fabricación de piezas de aluminuro de titanio (TiAl). El TiAl se destaca particularmente por su peso ligero, fuerza y ​​resistencia al calor, aunque es propenso a agrietarse.

Aplicaciones comunes

Las aplicaciones más comunes de la tecnología EBM se pueden encontrar en las industrias médica y aeroespacial, ya que la tecnología ofrece una forma eficaz de producir piezas complejas y livianas.

• Dentro de la industria médica, la EBM se puede utilizar para producir implantes trabeculares y otros implantes médicos, personalizados para adaptarse a los requisitos del paciente. LimaCorporate, un fabricante italiano de dispositivos ortopédicos, fue una de las primeras empresas en reconocer el potencial de la tecnología EBM para la industria ortopédica.
• En lo que respecta a la industria aeroespacial, la EBM es particularmente útil para producir componentes aeroespaciales con una reducción de peso sustancial. GE, por ejemplo, ya está utilizando la tecnología EBM para imprimir en 3D álabes de turbinas para motores a reacción.

En resumen

Aunque EBM es más adecuado para aplicaciones industriales exigentes, la tecnología demuestra el enorme potencial de la fabricación aditiva de metales. Con la capacidad de producir piezas metálicas complejas comparables a las tecnologías de fabricación tradicionales, EBM ofrece una solución innovadora para fabricar series pequeñas, prototipos e incluso piezas de soporte mediante impresión 3D. Y a medida que el nuevo Arcam EBM Spectra H ingresa al mercado, está claro que hay más innovaciones con EBM en el horizonte, expandiendo sus casos de uso a más sectores industriales.