電子束選區(qū)熔化EBSM成形工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

電子束選區(qū)熔化EBSM成形工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

    電子束選區(qū)熔化技術(shù)（electron beam selective melting，EBSM）是一種采用高能高速的電子束選擇性地轟擊金屬粉末，從而使得粉末材料熔化成型的增材制造技術(shù)。

上圖為電子束選區(qū)熔化成型原理示意圖，上位機(jī)的實(shí)時(shí)掃描信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換及功率放大后傳遞給偏轉(zhuǎn)線圈，成型過程在真空室中進(jìn)行，電子束在對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而選擇性熔化成型平臺(tái)上的金屬粉末，逐層堆積成型。

該技術(shù)無需掃描機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，電子束移動(dòng)方便，可實(shí)現(xiàn)快速偏轉(zhuǎn)掃描功能。由于電子束的能量利用率高，熔化穿透能力強(qiáng)，可加工材料廣泛等特點(diǎn)，使EBSM在人體植入、航空航天小批量零件、野戰(zhàn)零件快速制造等方面具獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
EBSM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：①成型過程不消耗保護(hù)氣體：完全隔離外界的環(huán)境干擾，無需擔(dān)心金屬在高溫下的氧化問題。②無需預(yù)熱：由于成型過程是處于真空狀態(tài)下進(jìn)行的，熱量的散失只有靠輻射完成，對(duì)流不起任何作用，因而成型過程，熱量能得到保持，溫度常維持在600-700℃，沒有預(yù)熱裝置，卻能實(shí)現(xiàn)預(yù)熱的功能。③力學(xué)性能好：成型件組織非常致密，可達(dá)到100%的相對(duì)密度。由于成型過程中在真空下進(jìn)行，成型件內(nèi)部一般不存在氣孔，成型件內(nèi)部組織呈快速凝固形貌，力學(xué)性能甚至比鍛壓成型試件都要好。④由于在真空環(huán)境中成型，成型件沒有其他雜質(zhì)，原汁原味地保持著原始的粉末成分，這是其他快速成型技術(shù)難以做到的（如在SLM中，即使采用充氬氣保護(hù)，仍有可能因成型室氣密性不強(qiáng)或保護(hù)氣純度不夠引進(jìn)新的雜質(zhì)）。⑤成型過程可采用粉末作為支撐 ，一般不需要額外添加支撐。這就省去了成型前CAD數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)需添加支撐，成型后需去除支撐工作，大大節(jié)省了成型時(shí)間。
EBSM技術(shù)也存在以下缺點(diǎn)：①受制于電子束無法聚到很細(xì)，該設(shè)備的成型精度還有待進(jìn)一步提高。②成型前需長時(shí)間抽真空，便得成型準(zhǔn)備時(shí)間很長；且抽真空消耗相當(dāng)多電能，總機(jī)功耗中，抽真空占去了大部分功耗。③成型完畢后，由于不能打開真空室，熱量只能通過輻射散失，降溫時(shí)間相當(dāng)漫長，降低了成型效率。④真空室的四壁必須高度耐壓，設(shè)備甚至需采用厚度達(dá)15mm以上的優(yōu)質(zhì)鋼板焊接密封成真空室，這使整機(jī)的重量比其他3D打印直接制造設(shè)備重很多。⑤為保證電子束發(fā)射的平穩(wěn)性，成型室內(nèi)要求高度清潔，因而在成型前，必須對(duì)真空室進(jìn)行徹底清潔，即使成型后，也不可隨便將真空室打開，這也給工藝調(diào)試造成了很大的困難。⑥由于采用高電壓，成型過程會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的X射線，需采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。