Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist eine Technik, bei der ein Maschinenteil hergestellt wird, indem Pulver Schicht um Schicht geschmolzen wird, um die gewünschte Form zu erhalten. Dieses schnelle Herstellungsverfahren verwendet einen Elektronenstrahl im Vakuum, um die erforderliche Temperatur zum Schmelzen des Pulvers zu erzeugen. Auf diese Weise konstruierte Teile zeichnen sich typischerweise dadurch aus, dass sie wünschenswertere physikalische Eigenschaften aufweisen als Teile, die mit anderen Verfahren hergestellt wurden.
Zum Aufbau eines Bauteils durch Elektronenstrahlschmelzen wird das zu bearbeitende Material in eine Vakuumkammer eingebracht. Die Größe dieser Kammer bestimmt die maximal mögliche Größe des Fertigteils. Von einem Glühfaden werden dann Elektronen emittiert und auf etwa die halbe Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Magnetfelder fokussieren und lenken den Strahl an die erforderlichen Stellen. Wenn die Elektronen mit Pulverpartikeln kollidieren, wird ihre kinetische Energie in thermische Energie umgewandelt, wodurch das Pulver erhitzt wird.
Da der Strahl nur auf einen sehr flachen Bereich an der Materialoberfläche einwirkt, wird das Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut. Computer werden typischerweise verwendet, um den Ort und die Verweilzeit des Strahls zu steuern, obwohl eine den Prozess überwachende Bedienungsperson dies manchmal anpassen wird. Dreidimensionale computergestützte Konstruktionsschemata liefern die dimensionalen Informationen, die zum Lenken des Strahls erforderlich sind.
EBM wird oft als eine Art Rapid Manufacturing-Verfahren bezeichnet, das als additive Fertigung bekannt ist. Solche Prozesse liefern präzise Mengen an Energie und Material an präzise Stellen, um die gewünschte Struktur zu entwickeln. Anstatt eine Form zu verwenden, um die Form des Teils zu definieren, verwenden additive Fertigungstechniken einen dreidimensionalen digitalen Entwurf, um seine Form zu bestimmen.
Metalle sind die typischsten Materialien, die verwendet werden, um Bauteile mit Elektronenstrahlschmelzen zu konstruieren. Manchmal werden jedoch auch andere Materialien verwendet, wie beispielsweise Keramiken und Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe. Elektronenstrahlschmelzen eignet sich besonders für die Verwendung mit Materialien, die mit Sauerstoff reagieren, da die Herstellung in einer Vakuumkammer stattfindet.
Mit dem Elektronenstrahlschmelzen sind eine Reihe von Vorteilen verbunden. Durch den hohen Energieaufwand ermöglicht diese Technologie eine hohe Schmelzleistung und eine hohe Produktivität. EBM kann Bauteile mit extrem komplexen Geometrien herstellen. Die resultierenden Teile sind im Allgemeinen für ihre extrem hohe Dichte und das Fehlen von Hohlräumen in der Struktur bekannt.
Durch die prozesstypischen extrem hohen Temperaturen entstehen oft Metallteile mit ähnlichen metallurgischen Eigenschaften wie wärmebehandelte Bauteile. Zum Beispiel haben Produkte dieses Verfahrens im Allgemeinen eine höhere Festigkeit und wenig bis keine Restspannung im Vergleich zu Produkten anderer Herstellungsverfahren. Dies reduziert häufig die Produktionszeit, indem zusätzliche Wärmebehandlungsvorgänge nach dem Bau des Teils vermieden werden.
Mit Elektronenstrahlschmelzen hergestellte Bauteile finden sich in den unterschiedlichsten Anwendungen. Die Eignung für den Einsatz mit reaktiven Titanlegierungen führt dazu, dass das Elektronenstrahlschmelzen häufig zum Bau von Titan-Leichtbauteilen wie medizinischen Implantaten verwendet wird. Bekannt für die Herstellung von Teilen mit hoher Festigkeit und guter metallurgischer Qualität, wird es auch häufig zur Herstellung von Hochleistungsteilen verwendet. Es wird beispielsweise verwendet, um Gegenstände wie Turbinenschaufeln für Luft- und Raumfahrtanwendungen und Fahrzeugrahmen für den Motorsport herzustellen.