Která technologie je nejvhodnější pro sériovou výrobu kovových dílů? Porovnání: NeuBeam vs. PBF-EB vs. PBF-Laser

Aditivní výroba kovů (metal AM) se v posledních letech stala klíčovou technologií v letectví, obranném průmyslu i energetice.
V současnosti dominují trhu dva přístupy založené na principu spékání kovového prášku v práškové vrstvě (PBF – Powder Bed Fusion). Tyto technologie se liší především typem zdroje energie, který ohřívá a spekuje prášek:

• laser (PBF-L),

• elektronový paprsek (PBF-EB).

Společnost Wayland Additive vyvinula a uvedla na trh novou generaci elektronového procesu NeuBeam, která otevírá nové možnosti využití aditivní výroby kovů v průmyslové praxi.

Každá z těchto technologií má své přednosti i omezení, která určují, zda je proces vhodný pro prototypování, malosériovou produkci nebo plnohodnotnou sériovou výrobu. Tento přehled porovnává tradiční PBF-L a PBF-EB s novou technologií NeuBeam.

PBF-Laser: vysoká přesnost, ale omezení při větších dílech

Technologie PBF-L využívá jeden nebo více laserů ke spékání kovového prášku vrstvu po vrstvě.
Poskytuje vysoké rozlišení, výbornou rozměrovou přesnost a široké spektrum použitelných materiálů. Je vhodná zejména pro díly s jemnou geometrií, topologicky optimalizované struktury a malé až středně velké komponenty.

U větších dílů a dlouhých stavebních cyklů se však projevují zásadní limity:

• výrazné teplotní rozdíly mezi oblastí spékání a okolním materiálem → vznik vnitřních napětí a možnost deformací,

• zbytková napětí často vyžadují následné tepelné zpracování,

• výkon laseru a účinnost absorpce limitují proces u vysoce pevných slitin.

Proto je PBF-L vynikající pro precizní prototypy, malé série a detailní komponenty, ale méně vhodná pro velkoobjemovou sériovou výrobu.

PBF-EB: vyšší produktivita, ale omezená stabilita procesu

Proces PBF-EB využívá elektronový paprsek ve vakuu, který spéká kovový prášek bez rizika oxidace. Umožňuje efektivní zpracování náročných materiálů, zejména titanových slitin, Inconelu a slitin kobalt-chrom. Oproti laserovému procesu je PBF-EB rychlejší a méně náchylný ke vzniku zbytkových napětí díky vyšší procesní teplotě.

Má však i svá omezení:

• interakce elektronového paprsku s práškovou vrstvou může způsobovat nabíjení částic prášku, což vede k nestabilitě procesu,

• proto je nutné předběžné předspečení celé práškové vrstvy, což vytváří tzv. sinter cake a vyžaduje rozsáhlý postprocessing,

• výsledná kvalita povrchu je typicky hrubší a vyžaduje další dokončovací operace.

PBF-EB se proto hodí tam, kde je prioritou mechanická pevnost a tepelná stabilita materiálu, nikoli maximální přesnost nebo povrchová kvalita.

NeuBeam: nová generace elektronového procesu

Technologie NeuBeam, vyvinutá společností Wayland Additive, představuje zásadní evoluci tradičního PBF-EB. Hlavní rozdíl spočívá v aktivní neutralizaci elektrostatických nábojů v prášku, což zabraňuje odpuzování částic a umožňuje stabilní proces i při vysokých energiích elektronového paprsku.

NeuBeam kombinuje:

• procesní efektivitu a hloubku zhutnění elektronového paprsku,

• s přesností a jemným řízením, typickým pro laserové systémy.

Technologie je implementována v průmyslovém systému Calibur3, určeném pro sériovou výrobu:

• Stavební objem: 300 × 300 × 450 mm

• Tloušťka vrstvy: 150 µm

• Výkon elektronového zdroje: až 5 kW při 60 kV

• Procesní teploty: až ~1000 °C (dle materiálu)

• Není nutné předspečení práškové vrstvy

Díky eliminaci elektrostatického nabíjení a stabilnějším teplotním podmínkám NeuBeam:

• výrazně snižuje vnitřní napětí,

• poskytuje rovnoměrnou mikrostrukturu,

• zajišťuje konzistentní hustotu materiálu.

Současně zkracuje dobu stavby i následné úpravy, což z něj činí silného kandidáta pro skutečnou sériovou výrobu kovových komponent.

Porovnání technologií: klíčové parametry

Praktické dopady

NeuBeam již prokazuje významné výhody v leteckém a obranném průmyslu. Umožňuje výrobu velkých, tenkostěnných a tepelně namáhaných dílů bez deformací a s vynikající rozměrovou opakovatelností. Materiály jako titan, Inconel nebo wolfram lze vyrábět bez podpěr, s homogenní mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi srovnatelnými s výkovky.

„NeuBeam umožňuje konstruktérům a výrobním inženýrům pracovat s materiály, které byly dříve pro aditivní výrobu prakticky nedostupné – a přitom dosahovat produktivity odpovídající skutečné sériové výrobě.“

Darrin Dickinson, Wayland Additive

Závěr: stabilní cesta k průmyslové sériové produkci

Zatímco PBF-L zůstává standardem pro vysoce přesné prototypy a PBF-EB je etablovanou metodou pro pevné slitiny s vysokou teplotní odolností, NeuBeam posouvá elektronový proces do nové éry stabilní, opakovatelné a škálovatelné průmyslové výroby.

Tím, že prakticky eliminuje potřebu předspečení prášku, snižuje vnitřní napětí a umožňuje efektivní zpracování náročných materiálů — včetně wolframu a vysokoteplotních superslitin — nabízí NeuBeam unikátní kombinaci výkonu, přesnosti a procesní spolehlivosti.

Pro sektor aerospace, defense a energetiku představuje NeuBeam praktickou cestu k plnohodnotné sériové výrobě kovových dílů, které bylo dříve obtížné nebo zcela nemožné vyrábět jinými metodami.