Principes, kenmerken en toepassingen van elektronenstraalbewerkingstechnologie

Inleiding

Elektronenbundeltechnologie (EBM) is een opkomende speciale bewerkingstechnologie die de afgelopen jaren een aanzienlijke ontwikkeling heeft doorgemaakt. Het wordt voornamelijk gebruikt voor boren, lassen, oppervlaktebehandeling, additieve fabricage, lithografie, precisiebewerking zoals snijden en sleuven maken en kan zeer nauwkeurig verspanen. De bewerkingstechnologie met elektronenbundels maakt gebruik van de kracht van een gefocuste hoogenergetische elektronenbundel onder vacuümomstandigheden voor precisiebewerking van verschillende materialen. Deze technologie valt onder de categorie van microfijne bewerking met hoogenergetische stralen, waartoe ook laserstralen, plasmastralen en ionenstralen behoren. Deze bundels kunnen verhitten, smelten, verdampen en andere fysische fenomenen opwekken om ultrafijne niveaus van materiaalverwijdering, -verbinding, -groei en -modificatie te bereiken.

Onze fabrieksactiviteiten: Wij ontwerpen, ontwikkelen en produceren poedermetallurgische matrijzen, hardmetalen onderdelen, poederspuitgietmatrijzen, stempelgereedschappen en precisiematrijsonderdelen. Whatsapp:+8618638951317. E-mail: [email protected], 

Principes van machinaal bewerken met elektronenstralen

Bij het bewerken met elektronenbundels wordt een bundel elektronen uitgezonden vanaf een verwarmde kathode in een vacuüm. De elektronen worden versneld naar een anode via een versnellingselektrode en gefocusseerd met elektromagnetische lenzen. Dit proces concentreert hoge energie in kleine spots met een diameter van 0,1 tot 10 μm, waarbij energiedichtheden tussen 10^6 en 10^9 W/cm² worden bereikt. De elektronen met hoge snelheid botsen op het oppervlak van het werkstuk en zetten hun kinetische energie om in thermische energie, waardoor het materiaal snel verhit, gesmolten en verdampt.

1.1 Principe van elektronenbundelbewerking.

Kenmerken van elektronenstraalbewerking

1. Hoge precisie en controle:
   Elektronenbundels kunnen worden gefocusseerd op extreem fijne diameters, zo klein als 0,01 μm, waardoor microfijne bewerkingen en boren van diepe gaten met hoge aspectverhoudingen mogelijk worden.
2. Hoge energiedichtheid:
   De gefocuste bundel kan zeer hoge energiedichtheden bereiken die voldoende zijn om vrijwel elk materiaal te smelten en te verdampen, ongeacht het smeltpunt.
3. Efficiënte bewerking:
   Door de hoge energiedichtheid en het efficiënte energiegebruik zijn de bewerkingstijden doorgaans kort, zelfs voor materialen tot 5 mm dik.
4. Veelzijdige materiaalbewerking:
   Elektronenbundelbewerking is geschikt voor een groot aantal materialen, waaronder harde, brosse, kneedbare metalen, niet-metalen materialen en warmtegevoelige stoffen.
5. Minimale vervorming:
   Als contactloze bewerkingsmethode oefent het bewerken met elektronenstralen geen significante mechanische spanning uit op het werkstuk, waardoor vervorming tot een minimum wordt beperkt.
6. Automatiseringsmogelijkheden:
   Elektronenbundels kunnen nauwkeurig worden geregeld wat betreft intensiteit, diameter en positionering, waardoor automatisering en complexe geometrische bewerkingen mogelijk worden.

Toepassingen van elektronenstraalbewerking

1.2 Verspanen met elektronenbundels.

1. Elektronenbundellassen:
   Gebruikt voor precisielassen van verschillende metalen en legeringen in de auto-, luchtvaart- en elektronica-industrie.
2. Boren met elektronenbundel:
   Ideaal voor het maken van precieze gaten in harde materialen voor toepassingen zoals brandstofinjectiestukken en koelgaten in turbineschoepen.
3. Oppervlaktebehandeling:
   Verbetert oppervlakte-eigenschappen zoals hardheid, slijtvastheid en corrosiebestendigheid in gereedschappen en matrijzen.
4. Additive Manufacturing (EBAM):
   Elektronenbundels smelten en stollen metaalpoeders laag voor laag om complexe structuren te creëren in de ruimtevaart en medische toepassingen.
5. Lithografie:
   Elektronenbundellithografie is cruciaal bij de productie van halfgeleiders en creëert gedetailleerde patronen op substraten.
6. Precisiebewerking:
   Gebruikt voor het snijden, groeven en vormen van materialen in micro-elektronica en micro-optica.

Voordelen

• Elektronenbundelbewerking bereikt een nauwkeurigheid op nanometerniveau, waardoor het ideaal is voor het maken van ingewikkelde structuren.
• De gerichte aard van de bundel minimaliseert thermische diffusie, waardoor de door warmte beïnvloede zone en potentiële materiële schade worden beperkt.
• Het kan een breed scala aan materialen bewerken onder gecontroleerde omstandigheden, waardoor een hoge zuiverheid en kwaliteit van de bewerkte oppervlakken wordt gegarandeerd.

Beperkingen

• De complexiteit en kosten van de benodigde apparatuur kunnen de toegankelijkheid beperken, vooral voor kleinschalige activiteiten.
• Vanwege de hoge energie van de bundel moet er rekening worden gehouden met de veiligheid.
• De bewerkingsdiepte kan beperkt zijn, waardoor het gebruik beperkt is tot bepaalde toepassingen of materiaaldiktes.

Conclusie

Elektronenstraalbewerkingstechnologie biedt een krachtige oplossing voor fabricage-uitdagingen op micro- en nanoschaal in verschillende industrieën. Dankzij de mogelijkheid om materialen nauwkeurig, efficiënt en veelzijdig te bewerken, blijft het een essentieel hulpmiddel voor de vooruitgang van moderne productie en techniek.