5.3 Results from kinetic modelling Oxy-combustor using dry recycle
5.3.2 Model validation against experimental data (third campaign)
9.1. Electron Beam Melting (EBM) o “Haz de electrones”. 9.1.1. Descripción del pr oceso.
La principal diferencia de los procesos con haz de electrones respecto a los procesos de fabricación con láser es que la fuente de energía, como el nombre del proceso lo indica, no es un rayo láser sino un haz de electrones.
La tecnología EBM se emplea para la escritura sobre una célula electrosensible o para crear variaciones superficiales del material. Este método emplea un haz focalizado
de alta velocidad de electrones, el cual funde y vaporiza el material.
El diámetro transversal típico del haz de electrones está comprendido entre 10 y 200 mm para el punto de focalización sobre la pieza.
En los procesos EBM la materia prima se encuentra en forma de polvo en un tanque en el interior de la máquina. Este polvo es luego depositado en forma de finas capas que se precalientan y se hacen fundir en los lugares donde se desea construir la pieza.
Figura 9.1. Esquema de un proceso de fabricación por haz de electrones.
Para realizar dicho proceso, mientras que un filamento de tungsteno se calienta al vacío, un haz de electrones libera partículas elementales cargadas eléctricamente. Estas partículas son aceleradas y dirigidas por electro-imanes con el fin de ser proyectadas a
alta velocidad sobre la superficie del polvo, de esta forma se consigue el calentamiento de dichas partículas de polvo.
Figura 9.2. Haz de electrones calentando el polvo de cada capa para conseguir una alta temperatura antes de la fusión.
Finalizada una capa, una nueva capa de polvo se extiende sobre la parte superior de la capa anterior y el haz de electrones procede a formar la siguiente sección
transversal.
Para garantizar el buen funcionamiento del haz de electrones, toda la fabricación se hace al vacío, lo cual presenta también la ventaja de evitar que el polvo no se oxide durante el calentamiento.
Una vez la fabricación terminada, el operador retira la pieza de la máquina y luego expulsa el polvo no fundido con la ayuda de una sopladora o un cepillo. Posteriormente se procede a los procesos de terminación (maquinado de superficies en contacto con otras piezas, pulido, etc.).
9.1.2. Car acterísti cas de las piezas fabr icadas, ventajas del pr oceso y aplicaciones.
Al ser un proceso de fabricación al vacío, se consigue evitar que el polvo no se
oxide durante el calentamiento, de esta manera el polvo no fundido puede ser reutilizado casi directamente.
Este hecho es de especial interés en sectores como la aeronáutica, donde
frecuentemente tan solo el 20% de la materia comprada se utiliza en la pieza final).
El proceso de fusión por haz de electrones (EMB) es ideal para aplicaciones que
requieran alta resistencia o altas temperaturas, ya que produce objetos extremadamente densos y fuertes.
La velocidad de fabricación es mucho mayor ya que el haz de electrones se
puede separar para calentar el polvo en diferentes lugares al mismo tiempo, lo que permite acelerar la el proceso.
Mayor productividad que las tecnologías de fabricación aditiva basadas en láser,
dado su mayor potencia (3000 W).
Precaldeo del polvo antes de la fusión entre 400 y 1000 ºC dependiendo de la
aleación, ello implica mejores propiedades mecánicas y microestructurales del material final.
Este proceso resulta muy útil para la producción en pequeñas series y para la
producción de estructuras muy complejas.
La tecnología EBM no tiene problemas de reflexión en el material fundido como
ocurre con las tecnologías láser.
Sin embargo este método es un poco menos preciso en el acabado que el que
obtendríamos con la formación por láser.
Debido a las altas temperaturas alcanzadas en el proceso, el objeto puede estar
sujeto a algún estrés térmico o deformación a medida que se va enfriando.
Las impresoras de EBM conllevan un alto gasto económico y requieren de un
personal muy especializado para su manejo.
También se produce una cierta emisión de rayos X. La radiación X es
biológicamente activa y si sobrepasa una determinada intensidad supone un riesgo para la salud.
Destaca su uso en la producción de máscaras de los circuitos integrados y especialmente para la fabricación de estructuras superficiales, como por ejemplo la óptica binaria. Así mismo, se presenta como un excelente proceso para la industria de componentes médicos como implantes de cirugía u ortopédicos personalizados.
9.1.3. M ateri ales utilizados y ejempl os de piezas producidas.
Inicialmente se empleaban metales ferrosos como aceros y posteriormente se implementaron varias formas de polvo de titanio y cromo cobalto, ya que en dicho proceso se alcanzaban temperaturas muy altas.
En este tipo de tecnología se ha trabajado en el desarrollo de Ti6Al7Nb para
aplicaciones de salud, y una superaleación de Níquel no convencional para aplicaciones aeronáuticas.
Figura 9.3. Izquierda: Implante cráneo-maxilofacial personalizado. Aleta de turbina de baja presión fabricada en titanio.
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