UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE
MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
ARAGÓN
Diseño industrial
ALUMNOS:
Guadalupe
García Soni
Leonardo Santacruz Flores
Carlos Emilio Carrera Ramírez
Materia:
Prototipos rápidos
Prof.: Javier García Figueroa
Fecha de elaboración: 15-09-2012
Tema: Fundición por haz de electrones
Varios proveedores de fabricación rápida han ideado métodos innovadores para hacer directa-metal herramientas y piezas para aplicaciones de producción de menor volumen, incluyendo sinterizado por láser y haz de electrones de fusión de piezas de metales en polvo, y la consolidación de ultrasonidos o de estado sólido de unión de capas de metales para crear piezas de producción de metal.
Con su haz de electrones de fusión patentado (MBE) del sistema, Arcam AB (Mölndal, Suecia) ha desarrollado una técnica de fabricación rápida que se dice para utilizar de forma libre la tecnología de fabricación para formar piezas fundidas completamente densos de polvo metálico, construido capa por capa de la compañía "CAD-to-Metal" proceso aditivo.
Introducción.
La manufactura por capas (LM) es un
proceso de fabricación desarrollado a partir de 1987 por
3DSystems (EEUU) que se conoce como
prototipado rápido (rapid prototyping). Su desarrollo,
inicialmente buscó satisfacer la
necesidad de crear rápidamente modelos tridimensionales reales
que permitieran al diseñador una
interacción conceptual y/o funcional con el producto durante las
etapas
de diseño, dichos modelos se llaman prototipos.
Los prototipos se fabricaron entonces en resina
polimérica fotosensible inicialmente en estado líquido, el modelo se forma capa
por capa, solidificando
cada capa mediante la aplicación puntual de radiación UV siguiendo las
trayectorias establecidas para la creación de dicha capa y procediendo luego a
la solidificación de la siguiente sobre esta.
La
tecnología descrita se conoce como estereolitografía (stereolithography / SL).
Posteriormente se han desarrollado
otras tecnologías que han permitido el uso de diversos
materiales, entre ellas resaltan el
sinterizado selectivo láser (selective laser sintering / SLS) que
sinteriza polvos con radiación puntual
producida por láser para la formación de las capas, la
fabricación laminada (laminated object
manufacturing / LOM) que crea las capas de láminas de
papel cuyo contorno se corta con láser
de precisión adheridas unas a otras.
La deposición de hilo fundido (fused
deposition modeling / FDM) en la que cada capa se crea por un hilo de polímero
fundido que es extruído por una boquilla que sigue la trayectoria establecida
para la formación de la capa, la fotopolimerización por UV (solid ground curing
/ SGC) que a diferencia de la SL solidifica la capa entera irradiando luz UV a través
de una máscara que contiene el patrón de dicha capa o la impresión 3D (3D
printing / 3DP) o proyección aglutinante (direct shell production casting /
DSPC) que emplea la tecnología de inyección de tinta tradicional en la
impresión para inyectar aglutinante puntualmente en polvos siguiendo las
trayectorias definidas para formar cada capa.
Desarrollo.
Técnicas de fabricación rápida que abarcan varios métodos
de fabricación directo de metal promete ofrecer a los fabricantes un ahorro
sustancial en la compresión de tiempo de salida al mercado de nuevos ciclos de
desarrollo de productos y menores costos para las herramientas costosas. En los últimos años, este tipo de
tecnologías rápidas han ganado adeptos, sobre todo para el sector aeroespacial
y la fabricación médica, medida que se acerca directa-metal, considerado como
futurista apenas hace algunos años, se han vuelto más práctica para mecanizado
rápido y fabricación rápida de bajo volumen,
producción y partes de nivel de metal.
Con su haz de electrones de fusión patentado (MBE) del sistema, Arcam AB (Mölndal, Suecia) ha desarrollado una técnica de fabricación rápida que se dice para utilizar de forma libre la tecnología de fabricación para formar piezas fundidas completamente densos de polvo metálico, construido capa por capa de la compañía "CAD-to-Metal" proceso aditivo.
En el proceso de EBM piezas de metal completamente densas se
construyen capa-a-capa de polvo de metal fundido por un haz de electrones de
gran alcance. Cada capa se funde a la geometría exacta definido por el modelo
CAD en 3D. La tecnología de haz de electrones de fusión permite la alta energía
que se utilizará proporcionar capacidad de alto punto de fusión y una alta
productividad.
Para cada capa de polvo el haz de electrones primero explora
el lecho de polvo para mantener una cierta temperatura elevada, específica para
las diferentes aleaciones. A continuación, el haz de electrones funde el
contorno de la pieza y finalmente el volumen.
Tecnología haz de electrones.
El proceso EBM, es un proceso cuidadosamente controlado en
el que la correcta entrada de energía en diferentes etapas del proceso, es la
clave para la obtención de excelentes propiedades de los materiales. El haz de
electrones es dirigido por bobinas electromagnéticas en lugar de la óptica y
piezas mecánicas móviles, lo que permite muy buen control del haz y rapidez extrema
traslado del haz.
Además, la tecnología de haz de electrones proporciona un
haz de alta energía que permite la capacidad de fusión de alta productividad.
Tecnología de vacío
El sistema de vacío está diseñado para proporcionar una
presión base de 1x10-4 o mejor, a lo
largo de todo el ciclo de compilación. Este limpio y predecible entorno es
importante para mantener la especificación química del material utilizado.
Proceso de calentamiento
Para cada capa en la construcción del haz de electrones se
calienta el lecho de polvo a la temperatura óptima para el material utilizado.
Como resultado de ello, las partes que se producen con el proceso de EBM están
libres de tensiones residuales y no sufren de distorsión.
EBM haz multiple
Tecnología de MultiBeam Arcam, utiliza la electrónica de
deflexión extremadamente rápidos en la tecnología de EBM que permite una fusión
en múltiples lugares simultáneamente. Entrada de energía cuidadosamente
controlada en cada ubicación conduce a superficies más finas.
Vídeo Acerca del proceso EBM
Vídeo de la compañía que creo y patento el proceso EBM
Vídeo de la aplicación de este proceso en la biomedicina.
Vídeo del proceso,materiales, aplicaciones, ejemplos.
Vídeo de proceso con haz múltiple.
Vídeo acercamiento fundición por haz de electrones.
http://www.arcam.com/CommonResources/Files/www.arcam.com/Video/Technology/EBM-Process/EBMprocess.wmv
Materiales:
Los polvos utilizados con EBM presentan excelentes propiedades químicas y mecánicas sobre la fuerza, la microestructura y resistencia a la fatiga.
EBM produce partes con propiedades mecánicas que superan los estándares establecidos para la fundición y atender el 90% de las normas para la forja.
En teoría, todos los metales no magnéticos pueden ser procesados con EBM.
Titanio Ti6Al4V
Titanio Ti6Al4V ELI
Titanio Grado 2
Cobalto-Cromo, ASTM F75
Materiales adicionales
Materiales que se han usado con éxito mediante el proceso de EBM.
Aluminuro de titanio
Inconel (625 y 718)
Acero inoxidable (por ejemplo, 17-4)
Acero para herramientas (por ejemplo, H13)
Aluminio (por ejemplo 6061)
Metales duros (por ejemplo NIWC)
Cobre (por ejemplo GRCop-84)
Berilio (por ejemplo AlBeMet)
Metales amorfos
Niobio
Invar
Dimensiones máximas
200 x 200 x 330mm
Ó
Diámetro 330mm x 200mm
Aplicaciones:
Implantes Médicos.
Aeroespaciales y defensa.
Industria mecánica.
Investigación.
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Prótesis
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Ventajas respecto a otras tecnologías:
• La fusión por rayo de electrones (electron beam melting — EBM) es similar a SLS, reemplaza el rayo láser por un rayo de electrones mejorando la eficiencia y reduciendo los costos y la contaminación.
• La fusión en el vacío permite que las propiedades del material fundido sean de gran calidad.
• El ambiente al vacío permite eliminar impurezas, como óxido y nitratos.
• Permite la fusión de metales refractarios y combinaciones de metales distintos.
• Materiales 100% densos, con las propiedades del material final.
• Mayor eficiencia en la generación del haz de energía, resultando en un menor consumo de energía, así como en un menor coste de instalación y de mantenimiento.
• Mayor potencia que se traduce en una mayor velocidad de fabricación de las piezas.
• El desplazamiento del haz de electrones se consigue sin partes móviles, lo cual resulta en una mayor velocidad de exploración y en un coste de mantenimiento menor.
• La tecnología del cañón de electrones no tiene problemas de reflexión en el material fundido.
• Un ambiente en las condiciones térmicas adecuadas reduce las tensiones residuales en las piezas fabricadas, eliminando los cracks habituales en otras tecnologías sin necesidad de añadir unos ratios especiales.
• Bajo costo de materiales, polvo no fundido se recicla hasta 98%
Gracias a la habilidad de procesar directamente geometrías complejas, la tecnología EBM es ideal para la fabricación directa de piezas complejas en volúmenes pequeños. El proceso permite la personalización de las piezas y la construcción de geometrías imposibles de realizar con otras tecnologías de fabricación, lo cual proporciona mayores capacidades y valor añadido al cliente.
Desventaja.
Solo produce objetos en metal.
Empresas que manejan el proceso.
México no hay empresas que manejan el proceso.
Internacionales:
Arcam AB (publ.)
Krokslätts Fabriker 27A
SE-431 37 Mölndal Sweden
Phone: +46-31-710 32 00
Fax: +46-31-710 32 01
E-mail: info@arcam.com
Web: www.arcam.com
Mike Cloran
Marketing Manager
Morris Technologies, Inc.
11988 Tranvía Drive
Cincinnati, OH 45241
Teléfono: 513-618-5295
www.morristech.com
mcloran@morristech.com
Eurocoating
Via Al Dos de la Roda, 60
I - 38057 Ciré-Pergine (TN) Italy
Tel. +39 0461 518901
Fax +39 0461 518902
E-mail: info@eurocoating.it
http://www.eurocoating.it
CalRAM Inc.
2380 Shasta Way, Suite B
Simi Valley, CA 93065
Calraminc
Tel:
John Wooten: 805-844-7819
Dave Ciscel: 805-844-7823
Fax:
(805) 583-1353
email:
John.Wooten@calraminc.com
Dave.Ciscel@calraminc.com
http://www.calraminc.com
sirris
info@sirris.be
tel. +32 2 706 79 44
Diamant Building
Boulevard A. Reyerslaan 80
B-1030 Brussel/Bruxelles
http://www.sirris.be
Conclusiones
Siendo el proceso de fundición por haz de electrones relativamente nuevo, podemos darnos cuenta de que es muy recurrido por diferentes sectores especialmente en la biomedicina realizando prótesis, en el sector aeroespacial para pequeñas piezas de mecanismos asi como en la milicia para partes de armas. La mayor ventaja del proceso EBM es que se pueden crear piezas listas para usarse a baja producción, de alto rendimiento , geometrías y mismas propiedades, que tendría otra pieza realizada por otro proceso metalmecánico.
Fuentes de información:
http://www.arcam.com/technology/ebm-process.aspx
http://www.rm4metal.com/en/technology/ebm-process.php
http://www.arcam.com/CommonResources/Files/www.arcam.com/Documents/Industry%20Segments/Medical%20Implants/EBM-inside.pdf
http://www.aimme.es/documentos/difusion/medios/defmet18-19.pdf
http://www.ilustrados.com/documentos/manufactura-capas-prototipado-rapido-050208.pdf
http://www.prnewswire.com/news-releases/morris-technologies-offers-customers-more-options-in-additive-metal-manufacturing-136749053.html
http://www.aserm.net/proyectos/proyecto-flexman/tecnologias/electro-beam-melting-ebm/
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