電子ビーム溶解入門

電子ビーム溶解（EBM）は、電子ビームを使用して金属粉末の層を溶融する金属積層造形技術です。スウェーデンの会社Arcamによって1997年に最初に導入されたEBMは、軽量で耐久性があり、高密度の最終部品の製造に理想的です。このテクノロジーは、主に航空宇宙、医療、防衛産業で使用されています。

今日のチュートリアルでは、EBMの製造プロセス、その利点と制限、およびEBMテクノロジーの材料と適用分野について見ていきます。

電子ビーム溶解はどのように機能しますか？

SLSやDMLSと同様に、電子ビーム溶解は粉末床融合ファミリーに属しています。ただし、熱源としてレーザーを使用する他の金属AM技術とは対照的に、EBMは高出力電子ビームを使用して金属粉末の層を溶融します。次に、金属粉末の溶融層を融合させて金属部品を作成します。

ステップバイステップビュー：

1. ビルドプレートは金属粉の層でコーティングされています。
2. 層が予熱されると、強力な電子ビームがデジタルCADモデルで定義された領域の粉末を選択的に溶融します。
3. 次に次の層が堆積され、ビームが溶けて層が融合します。
4. このプロセスは、パーツの最終的な形状が得られるまで繰り返されます。余分な粉末を取り除いた後、金属部品は後処理を受けることができます。
   

粉末の汚染と酸化を防ぐために、印刷プロセスは真空環境で行われます。

EBMの利点

EBMには、他の金属AMテクノロジーとは異なる多くの利点があります。

• EBMプロセスでは、他の金属3D印刷技術で使用される主な熱源であるレーザーよりも数倍強力なビームを使用します。この増加したビームパワー（EBMプロセスで複数の電子ビームが同時に使用される）は、最終的には印刷速度の高速化を意味します。
• EBMは、鋳造などの従来の製造方法で製造されたものに匹敵する高品質の金属部品を製造できます。
• 部品は強力な機械的特性を備えているだけでなく、予熱プロセスと印刷中に必要な高温のおかげで、通常は高密度（99％以上）になっています。プリントベッドを予熱することで、金属3D印刷でよくある問題である残留応力も最小限に抑えられ、サポート構造の必要性が減少します。
• EBMは、未使用の粉末のほとんどを将来の使用にリサイクルできるため、廃棄物を最小限に抑えます。EBMで使用される材料のかなりのコストを考慮すると、特にメリットがあります。

EBMの制限

• 一方、SLMプリンターはEBMよりも細かい粉末と薄い層を使用するため、EBMパーツは通常、SLMパーツと比較して精度が低くなります。層が厚くなると、表面が粗くなることがよくあります。EBMパーツでは、表面を滑らかにするために、追加の後処理が大幅に必要になります。
• EBMプロセスで使用できる材料の選択肢はかなり限られています。これは、プロセスに高品質で高価な材料が必要であり、事前に徹底的なテストを行う必要があるという事実も一因です。
• 材料費とEBM3Dプリンターの費用により、このテクノロジーは高価なオプションであり、産業用アプリケーションにのみ適しています。

資料

チタン合金（医療用インプラントに最適）、コバルトクロム、鋼粉、ニッケル合金718など、限られた範囲の金属をEBMで使用できます。これらの材料は、高強度、耐食性、および最高の機械的特性を示します。これは非常に優れています。ストレスの多いアプリケーションで貴重です。プロセスは電荷に大きく依存するため、EBMで使用される材料は導電性でなければならないことに注意することが重要です。

EBMは、チタンアルミニド（TiAl）部品を製造するための唯一の商用AMソリューションでもあると報告されています。 TiAlは、ひび割れが発生しやすいものの、軽量、強度、耐熱性で特に注目されています。

一般的なアプリケーション

EBMテクノロジーの最も一般的なアプリケーションは、医療および航空宇宙産業で見られます。このテクノロジーは、軽量で複雑な部品を効果的に製造する方法を提供するためです。

• 医療業界では、EBMを使用して、患者の要件に合わせてカスタマイズされた小柱インプラントやその他の医療用インプラントを製造できます。イタリアを拠点とする整形外科用デバイスのメーカーであるLimaCorporateは、整形外科業界におけるEBMテクノロジーの可能性を最初に認識した企業の1つです。
• 航空宇宙に関する限り、EBMは、大幅な軽量化を実現した航空宇宙コンポーネントの製造に特に役立ちます。たとえば、GEはすでにEBMテクノロジーを使用してジェットエンジンのタービンブレードを3Dプリントしています。

まとめる

EBMは要求の厳しい産業用途に最も適していますが、この技術は金属積層造形の大きな可能性を示しています。 EBMは、従来の製造技術に匹敵する複雑な金属部品を製造する能力を備えており、3D印刷を使用して、小さなシリーズ、プロトタイプ、さらにはサポート部品を製造するための革新的なソリューションを提供します。また、新しいArcam EBM Spectra Hが市場に参入するにつれ、EBMによるさらなるイノベーションが間近に迫っており、そのユースケースがより多くの産業セクターに拡大していることは明らかです。