Elektronenstrahlbearbeitung - Electron-beam machining

Elektronenstrahlbearbeitung ( EBM ) ist ein Verfahren, bei dem Hochgeschwindigkeitselektronen in einem schmalen Strahl konzentriert und auf das Werkstück gerichtet werden, wodurch Wärme erzeugt und das Material verdampft wird. EBM kann zum sehr präzisen Schneiden oder Bohren verschiedenster Metalle verwendet werden. Die Oberflächengüte ist besser und die Schnittspaltbreite ist schmaler als bei anderen thermischen Schneidverfahren.

Der EEBM-Prozess eignet sich am besten für Materialien mit hohem Schmelzpunkt und hoher Wärmeleitfähigkeit.

Prozess

Der EBM-Strahl wird im Pulsmodus betrieben. Dies wird durch geeignetes Vorspannen des direkt hinter der Kathode angeordneten vorgespannten Gitters erreicht. An das Vorspannungsgitter werden Schaltimpulse gegeben, um eine Impulsdauer von nur 50 µs bis zu 15 ms zu erreichen. Der Strahlstrom steht in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der von der Kathode emittierten oder im Strahl verfügbaren Elektronen. Der Strahlstrom kann nur 200 μA bis 1 A betragen. Eine Erhöhung des Strahlstroms erhöht direkt die Energie pro Puls. In ähnlicher Weise erhöht auch eine Erhöhung der Pulsdauer die Energie pro Puls. Hochenergetische Pulse (über 100 J/Puls) können größere Löcher auf dickeren Platten bearbeiten. Die Energiedichte und Leistungsdichte wird durch die Energie pro Pulsdauer und die Spotgröße bestimmt. Die Punktgröße wird andererseits durch den Fokussierungsgrad gesteuert, der durch die elektromagnetischen Linsen erreicht wird. Wenn eine höhere Energiedichte mit einer kleineren Fleckgröße kombiniert wird, wäre der Materialabtrag schneller, obwohl die Größe des Lochs kleiner wäre. Die Fokussierungsebene würde auf oder knapp unter der Oberfläche des Werkstücks liegen. Der Elektronenstrahl wird durch die Potentialdifferenz zwischen der negativ geladenen Kathode und der positiv geladenen Anode erzeugt.

Ausrüstung

EBM-Ausrüstung im Bauwesen ähnelt Elektronenstrahlschweißmaschinen (siehe Elektronenstrahlschweißen ). EBM-Maschinen verwenden normalerweise Spannungen im Bereich von 150 bis 200 kV, um Elektronen auf etwa 200.000 km/s zu beschleunigen. Magnetische Linsen werden verwendet, um den Elektronenstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks zu fokussieren. Mittels eines elektromagnetischen Ablenksystems wird der Strahl nach Bedarf positioniert, normalerweise mit Hilfe eines Computers.

Überlegungen

Vakuum muss verwendet werden, um Kontamination zu reduzieren und Elektronenkollisionen mit Luftmolekülen zu minimieren. Da im Vakuum gearbeitet werden muss, eignet sich EBM am besten für Kleinteile. Die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Werkstück erzeugt gefährliche Röntgenstrahlen, und nur hochqualifiziertes Personal sollte EBM-Geräte verwenden.

Siehe auch

Verweise

  • https://web.archive.org/web/20070519165757/http://www.eod.gvsu.edu/eod/manufact/manufact-284.html
  • Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006). Fertigungstechnik und Technologie (2. Aufl.). Pearson Prentice Hall. S. 854–855.