快速成型与3D打印 电子束増材制造 26-1.EBM电子束熔化.docxVIP

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 快速成型与3D打印 制作人：吴兵 PAGE 2 制作人：吴兵 二、电子束熔化（EBM） 电子束熔化（EBM, Electron Beam Melting）， 也称电子束选区熔化（EBSM，Electron Beam Selective Melting）。成立于1997年的瑞典Arcam公司是全世界最先开展EBM成型装备研制的机构，从2002年开始其产品已应用于整形外科和航天航空等领域，目前Arcam公司EBM产品的最大成型尺寸为2400×1300×2945mm（Arcam Q20plus）。2016年11月，美国通用电气（GE）公司收购了Arcam公司。 EBM是根据CAD分层数据转换成的数控加工代码，利用由偏转线圈控制的高能电子束在真空环境中高速扫描和加热金属粉末，通过逐层熔化叠加制成金属制件的增材制造工艺，其工艺过程如图所示。 首先，在工作台上铺一层金属粉末，电子束在计算机控制下根据零件各层截面的CAD数据，有选择地对粉末层进行扫描熔化；一层加工完成后，工作台下降一个层厚的高度，再进行下一层铺粉和熔化，新加工层与前一层熔合成一个整体；重复上述过程直到整个零件加工完成为止。将零件从真空箱中取出，用高压空气吹出松散粉末，进行喷砂、抛光等后处理工艺即可获得最终零件。 其原理与SLM工艺类似，不同之处主要表现在以下几个方面： （1）热源不同，SLM采用激光为热源和EBM采用电子束作为热源。金属材料对激光都存在不同程度反射，因此SLM对能量的利用率不及EBM，但是SLM的束斑相对于EBM更小一些，更有利于成形精细的零件特征和复杂的零件形状。EBM能量利于高，更有利于制造高导热金属、高温合金、高熔点金属零件，如紫铜、钼合金等。 （2）成形工作环境不同，SLM技术在惰性气体条件下熔化成形，EBM技术在真空条件下熔化成形，相比较EBM技术更有利于避免零件加工过程的氧化和增氧。 （3）工作成形热温度不同，SLM最多可预热温度300℃，EBM技术可采用电子束扫描对每一层金属粉末扫描预热，使零件在600～1200℃范围内加工成形，可大幅减小成形零件的残余应力。 （4）EBM是目前3D金属打印类打印速度最快的技术，但成型精度比SLM工艺低。 （5）EBM工艺生产的制件强度比SLM制件低、塑性比SLM制件高，但是经热等静压处理后组织结构和力学性能基本一致。 Arcam公司使用的材料主要有钛合金、钴铬合金、铬镍铁合金等。 我国天津清研智束科技有限公司依托清华大学天津高端装备研究院开发出了具有自主知识产权的EBSM金属3D打印装备，可加工钛合金、钛铝基合金、高温合金、Co-Cr合金、316L不锈钢、铜合金等材料。 Arcam Q10 EBM増材制造设备及制品 天津清研智束科技有限公司生产的QbeamLabEBSM金属3D打印设备 类似EBM工艺的还有美国Sciaky公司于2009年开发的电子束増材制造（EBAM，Electron Beam Additive Manufacturing）技术，最初Sciaky称其为电子束直接制造（EBDM，Electron Beam Direct Manufacturing），也被称为电子束熔丝沉积（EBFF，Electron Beam Freeform Fabrication），一般将这种工艺归类到定向能量沉积（DMD，Directed Metal Deposition）増材制造类型中。与电子束熔化技术（EBM）不同，EBAM工艺源于Sciaky公司从20世纪六十年代开始的电子束焊接技术，工艺原理是按照CAD分层数据转换成的数控加工代码，在真空室中用电子束将金属线材原料加热熔化并逐层沉积，生成接近最终形状的工件，经过精加工和热处理后即可直接使用。EBAM工艺的成型效率高于使用粉末床的EBM工艺，其可成型尺寸主要取决于真空成型室的空间大小，范围可从几毫米到几米，目前最大成型尺寸可达5.79米×1.22米×1.22米，圆形工件直径可达2.44米。EBMA工艺可使用的材料广泛，凡是可焊接材料均可使用，如钛及钛合金、铬镍铁合金、钽、钨、铌、300系列不锈钢、4340钢、铜镍合金等。 EBAM工艺原理 洛克希德马丁公司利用Sciaky EBAM増材制造系统生产卫星燃料仓 洛克希德马丁公司利用EBAM设备制造的钛金属卫星燃料仓，其标称压力提高了25%，破裂压力超过标称压力的2倍以上，加工时间缩短了80%，材料损耗减少了75%，成本降低了55%。 2016年，中航工业北京航空制造工程研究所成功研发了国内最大的电子束熔丝成形设备，最大可加工零件尺寸达到1500mm×500mm×2500mm，具备在线监测、多通道送丝