TİM531 İLERİ İMALAT METOTLARI
ELEKTRON IŞINI İLE
İŞLEME
Doç.Dr. Fehmi ERZİNCANLI
Tasarım ve İmalat Mühendisliği Bölümü
2008
ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME
 Bilim ve teknolojideki ilerlemeler, elektron
enerjisinin “geleneksel olmayan” imalat
yöntemleri
içinde,
çeşitli
alanlarda
kullanılmasına imkan tanımıştır.
 Elektron ile işlemenin ilk çalışmaları 1930
lardan sonra Almanya ve Fransa da
başlamıştır.
ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME
Fiziksel Temeli;
Elektronlar yüksek sıcaklığa ısıtılmış bir flamandan yayılırlar.
Elektronlar daha sonra bir elektrik alan içinde ışık hızının
yarısına kadar ivmelendirilirler.
Elektron ışını iki manyetik alan tarafından kontrol edilir.
İlk olarak ışının istenilen çapa odaklanması için sorumlu bir
manyetik lens gibi davranırlar.
Daha sonra manyetik alan odaklanan elektron ışını imalat
tablasındaki istenen işlem görecek materyal üzerine
odaklanır.
Ortaya çıkan ısı ile, materyal eritilir ve buharlaşır.
Televizyon Tüpüne Benzerliği
ELEKTRON IŞIN MAKİNASI
Şematik
Normal ve Vakum Ortamı
ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME
Bu fiziksel etki nedeniyle, “elektron ışınıyla
işleme” yöntemi, termal enerji prosesleri
altında adlandırılır.
1947 yılında ilk prototipi yapılmıştır
Kullanılan Cihazlar
– Electron Tabancası
– Yüksek Voltaj Güç Kaynağı
– Vakum Odası
– Pompalayıcı Sistem
– Kontrol Sistemi
– Elektron Tabancası Manipülatörü
Proses Komponentleri
Elektronlar, elektrikle
ısıtılan Tungsten
filament katod
vasıtasıyla oluşturulur
 Sıcaklık 2500-3000oC
 Akım:25-100 mA
 Yoğunluk: 5-15 Acm-2
 Voltaj: 150kV
Sıcaklığın Elektron Hızıyla Artması
Proses Komponentleri
 Işının odaklanması için manyetik mercekler
kullanılır.
Proses Komponentleri
 Yaklaşık 150 000 voltluk
enerji ile elektronların hızı,
200, 000 km/sn üzerine
çıkarılır.
Işın, 10~200
mikro metre
6500 GW/mm2
yoğunluğa
kadar
odaklanabilir.
Endüstriyel EBM Makinası
Tek Pulsla oluşturulan örnek
Gerekli Puls Sayısına Voltajın Etkisi
Parçanın Yer Değişimi
Delmeye Malzeme Kalınlığının ve
Delik Çapının Etkisi
Yüzey Kalitesi
Uygulama
Uygulama
Uygulama
Kesme performansından bazı örnekler.
Çalışma
Parçası
Kalınlığı
(mm)
Delik Çapı
(mikro m)
Delme
Zamanı
(sn)
Hızlandırm
a Voltajı
(KV)
Işın Akımı
(mikro A)
•Tungsten
0.25
25
<1
140
50
Paslanmaz çelik
2.5
125
10
140
100
Paslanmaz çelik
1.0
125
<1
140
100
Alüminyum
2.5
125
10
140
100
Alüminyum
(Al2O3)
0.75
300
30
125
60
Kuvars
3.0
25
<1
140
10
•Materyal
EIM da Slot Kesme Örnekleri
•Materyal
Paslanmaz çelik
Tungsten
Pirinç
Alüminyum
Çalışma
Parçası
Kalınlığı
(mm)
Slot Çapı
(mikro m)
0.175
Kesme
Hızı (sn)
Hızlandır
ma Voltajı
(KV)
Ortalama
Işın
Akımı
(mikro A)
100
50
130
50
0.05
25
125
150
30
0.25
100
50
130
50
0.75
100
600
150
200
Uygulama
 EBM ile 0.01 mm çapa kadar delikler,
seramikler dahil çok çeşitli malzemeler
üzerine işlenebilir.
 EBM uygulaması çok hassas kanallar
açmak, gravür ve elektronik sanayiinde film
işlemek, küçük çaplı derin delikler (200:1
derinlik: çap oranı) açmak gibi küçük boyutlu
fakat hassas işler için uygundur.
 Bu özellik EDM, ECM, vb. diğer yöntemlerce
sağlanamamaktadır.
 EBM nin bir diğer üstünlüğü ise elektron
ışınının tamamen elektromanyetik alan
kontrolü altında hareket ettirilme özelliğidir.
 Böylece LBM de kullanıldığı şekilde mekanik
hareketli optik düzen yerine, mekanik
hareket tümüyle önlenmiş olmaktadır.
 Özellikle orifis delikleri açmak, tel ve fiber çekme
kalıplarının işlenmesi önemli endüstriyel
uygulamalardır.
 Ancak, vakumda işleme zorunluluğu ile maliyet
yüksektir.
 Birçok konuda LBM, EBM ye göre tercih edilen
yöntemdir.
 EBM nin önemli üstünlüklerinden birisi çok küçük
boyutlarda (birkaç nm dolaylarında) işleme olanağı
vermesidir.
Uygulama
Başlıca Uygulama Alanları
Küçük delikleri delmekte
 Elektron ışını bir malzemeden parça
buharlaştırmakta kullanılır.Birkaç nanometre
boyutundaki delik delinebilir. Daha başka
elektron ışını ile delme istenen delik inceliğini
işleyebilir.
Kesme
 Elektron ışını temel olarak kesintisiz delik
serisini deler. Elektron ışını çok kıvrık ve doğu
kesikler meydana getirebilir. Ek olarak elektron
ışını küçük yarıklar oluşturmak içinde
kullanılabilir.
Başlıca Uygulama Alanları
Kaynak
 Elektron ışını iki parçayı erime sıcaklığına
ısıtaraktan metal parçaların birleşmesi için
kullanılabilir.
Tavlama
 Elektron ışını artan stresleri azaltmada ve
malzemelerin ısısını artırmada kullanılır.Bu çoğu
zaman bir parçanın tamamlanması için istenen
adımların sayısını azaltmak için diğer işlemlerin
biriyle birleşimi sonucu yapılır.
Başlıca Uygulama Alanları
 Şekil ve boyut itibariyle hassasiyet, verim ve
hız gerektiren sanayi uygulamalarında
kullanılır.
Örnek...
Uzay araçları, elektronik endüstrisi, tıbbi
cihazlar...
Avantajlar&Dezavantajlar
 EBM vakum altında yapıldığı için, özellikle
küçük parçalar üzerindeki işlemler için çok
elverişlidir
 aynı zamanda
oluşturur...
vakum
temiz
bir
ortam
Welding performance
Avantajlar&Dezavantajlar
 EBM metodu, küçük delikler ve dar
kanallar için çok uygundur.
 0.05mm den küçük çapta delikleri
delebilir...
 delik derinliği ile çapı arasındaki oran
yüksektir...(~200)
Avantajlar&Dezavantajlar

Isının yüzeyle teması esnasında tehlikeli
X ışınları oluşur.

Bu nedenle, işleme esnasında muhafaza
ve iyi eğitilmiş personel kullanılmalı...
Avantajlar&Dezavantajlar
 Maksimum malzeme kalınlığı
?
 Yüksek kurulum (ekipman )maliyetleri
Avantajlar&Dezavantajlar
 Malzemede Termal veya mekaniksel
çarpılmalar olmaz.
 Herhangi bir malzeme delinebilir...(kırılgan
ve gevrek malzemeler)
 İş parçası üzerinde bir yük oluşmaz...
Avantajlar&Dezavantajlar
 Çok yüksek hızlarda işlem yapılabilir...
Örneğin, 0.3 mm kalınlığındaki bir
tabaka üzerine, saniyede 1500~2000
adet, 100 mikrometre çapındaki
delikler delinebilir...
Avantajlar&Dezavantajlar
 Tezgah hiçbir atık madde üretmez...
 Çevre dostudur....
TEŞEKKÜRLER
Download

elektron ışını ile işleme