ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME 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. Materyal Çalışma Parçası Kalınlığı (mm) Delik Çapı (mikro m) Delme Zamanı (sn) Hızlandırma Voltajı (KV) Işın Akımı (mikro A) Tungsten 0.25 25 <1 140 50 Paslanmaz çelik 2.5 125 10 100 1.0 Alüminyum Alüminyum (Al2O3) 0.75 300 30 60 Kuvars 3.0

EIM da Slot Kesme Örnekleri Materyal Çalışma Parçası Kalınlığı (mm) Slot Çapı (mikro m) Kesme Hızı (sn) Hızlandırma Voltajı (KV) Ortalama Işın Akımı (mikro A) Paslanmaz çelik 0.175 100 50 130 Tungsten 0.05 25 125 150 30 Pirinç 0.25 Alüminyum 0.75 600 200

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 vakum temiz bir ortam oluşturur...

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