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电子束选区熔化EBSM成形工艺的优缺点

电子束选区熔化EBSM成形工艺的优缺点

    电子束选区熔化技术(electron beam selective melting,EBSM)是一种采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末,从而使得粉末材料熔化成型的增材制造技术。


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上图为电子束选区熔化成型原理示意图,上位机的实时扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈,成型过程在真空室中进行,电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转,进而选择性熔化成型平台上的金属粉末,逐层堆积成型。

该技术无需扫描机械运动部件,电子束移动方便,可实现快速偏转扫描功能。由于电子束的能量利用率高,熔化穿透能力强,可加工材料广泛等特点,使EBSM在人体植入、航空航天小批量零件、野战零件快速制造等方面具独特的优势。
EBSM技术的优点包括:①成型过程不消耗保护气体:完全隔离外界的环境干扰,无需担心金属在高温下的氧化问题。②无需预热:由于成型过程是处于真空状态下进行的,热量的散失只有靠辐射完成,对流不起任何作用,因而成型过程,热量能得到保持,温度常维持在600-700℃,没有预热装置,却能实现预热的功能。③力学性能好:成型件组织非常致密,可达到100%的相对密度。由于成型过程中在真空下进行,成型件内部一般不存在气孔,成型件内部组织呈快速凝固形貌,力学性能甚至比锻压成型试件都要好。④由于在真空环境中成型,成型件没有其他杂质,原汁原味地保持着原始的粉末成分,这是其他快速成型技术难以做到的(如在SLM中,即使采用充氩气保护,仍有可能因成型室气密性不强或保护气纯度不够引进新的杂质)。⑤成型过程可采用粉末作为支撑 ,一般不需要额外添加支撑。这就省去了成型前CAD数据准备时需添加支撑,成型后需去除支撑工作,大大节省了成型时间。
EBSM技术也存在以下缺点:①受制于电子束无法聚到很细,该设备的成型精度还有待进一步提高。②成型前需长时间抽真空,便得成型准备时间很长;且抽真空消耗相当多电能,总机功耗中,抽真空占去了大部分功耗。③成型完毕后,由于不能打开真空室,热量只能通过辐射散失,降温时间相当漫长,降低了成型效率。④真空室的四壁必须高度耐压,设备甚至需采用厚度达15mm以上的优质钢板焊接密封成真空室,这使整机的重量比其他3D打印直接制造设备重很多。⑤为保证电子束发射的平稳性,成型室内要求高度清洁,因而在成型前,必须对真空室进行彻底清洁,即使成型后,也不可随便将真空室打开,这也给工艺调试造成了很大的困难。⑥由于采用高电压,成型过程会产生较强的X射线,需采取适当的防护措施。

 

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