电子束选区熔化技术

电子束熔丝沉积成型技术
本节知识 点
1 电子束熔丝沉积成型技术的工艺原理
2 电子束熔丝沉积成型技术的工艺特点
3 电子束熔丝沉积成型技术的工艺过程
课程导入
思考：
1. 请说出图中模型是哪种成型技术？此种成型技术主要应用在哪些领域？ 2. 你知道国内此项成型技术发展情况？
课程学习
电子束熔丝沉积成型技术
缺点
（1）构建完成的工件表面公差裕量在2~3mm，达到“近净 形”形态，需要CNC数控机床完成精加工及表面抛光； （2）需要一套专用设备和真空系统，价格较高。
3 电子束熔丝沉积成型技术的工艺过程
第一步 建三维模型
建立CAD三维模型
第二步 逐层沉积
使用专用切片软件， 进行切片。规划层厚、 行走路径和速度、送 丝速度等参数。
EBSM成型技术的工艺过程
EBSM成型技术从数字模型到金属零件
➢用CAD建模软件设计或者扫描获取零件的三维文件 （如 STL 格式文件）
➢用分层软件将数字三维文件分为设定层厚的文件层片， 格式为CLI（Common Layer Interface），分层文件 中包含着填充线的间距，电子束扫描轨迹等信息。
2. 此项成型技术与SLM技术有和区别？
课程学习
电子束选区熔化技术
➢全称与简称：electron beam selective melting/EBSM ➢20世纪90年代中期发展起来的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。 ➢具有能量利用率高、无反射、功率密度高、扫描速度快、真空环境无污染、低残余应力
知识拓展
国内电子束熔丝沉积成型技术发展与应用
➢ 中航工业北京航空制造工程研究所 于2006年开始电子束熔丝沉积成形 技术研究工作，开发了国内首台电 子束熔丝沉积成形设备。
➢ 目前开发的国内最大的电子束成形设备真空室 46m3，有效加工范围1.5m×0.8m×3m，5 轴联 动，双通道送丝。在此基础上，研究了TC4、 TA15、TC11、TC18、TC21 等钛合金以及A100 超高强度钢的力学性能。研制了大量钛合金零件 和试验件。2012 年，采用电子束熔丝成形制造 的钛合金零件在国内飞机结构上率先实现了装机 应用。
增材制造与设计
授课教师:郭彦兵
金属的激光3D打印成型
电子束选区熔化技术
本节知识 点
1 电子束选区熔化技术的工艺原理
2 电子束选区熔化技术的工艺特点
3 电子束选区熔化技术的工艺过程
课程导入
思考：
波音公司生产的钛合金航空发动机叶轮
1. 请说出图中模型是哪种成型技术？此种成型技术主要应用在哪些领域？
EBSM成型技术的工艺特点
优点
（1）成型过程不消耗保护气体。
（2）无需预热。 （3）力学性能好。
您的标题写在这里
（4）由于在真空环境中成型，成型件没有其他杂质。
（5）加工面积可以很小，是一种精密微细的加工方法。
（6）成型过程一般不需要额外添加支撑。
缺点
（1）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。 （2）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。 （3）需要一套专用设备和真空系统，价格较高。
2 电子束熔丝沉积成型技术的工艺特点
优点
（1）原材料仅使用线（丝）材，价格大大低于粉材， 且100%进入熔池；
（2）超高速的金属沉积速率您，的成标题型写速在度这快里；
（3）可打印大部分包括熔点很高的合金材料， 完全致 密， 力学性能接近戒等效于锻件性能； （4）可打印超大型以及巨型非标零部件，目前最长达 7.2米；；
➢全称与简称：又称为电子束自由成形制造技术（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF）
➢在真空环境中，电子束轰击金属表面形成熔池，金属丝材 通过送丝装置送入熔池并熔化，同时熔池按照预先规划的 路径运动，熔池金属逐层凝固堆叠，达到致密的冶金结合， 从而制造出金属毛坯件，最后进行表面精加工和热处理。
第三步 近成型
使用电子束发生器作为能量源， 在真空环境下通过电子束融化 金属线材在工件表面形成熔池， 随着熔池在工件表面的移动， 离开热源的熔池快速冷却结晶 固化，达到零件“近净形”形 态。
第四步 热加工处理
将工件迚行热处理以 消除内部扭曲应力
第五步 最终部件
将工件通过CNC数控 机床完成精加工及表 面抛光
➢金属零件成型。 ➢在成型结束后，取出零件，去除金属粉末。
知识拓展
EBSM技术应用
➢ 典型代表是瑞典Arcam 公司的S12。该公司目前 以制造EBSM 设备为主，兼顾成形技术开发。
➢ 现在，生物医学植入物方面的研究已较成熟，航空 航天及汽车等领域也在积极开展研究。美国波音机 器人工厂及NASA Marshall 空间飞行器中心的研 究方向，是飞行器及火箭发动机结构制造以及月球 或空间站环境下的金属直接成形制造。右图为波音 公司生产的钛合金航空发动机叶轮。
等优点,特别适合活性、难熔、脆性金属材料的直接成形,在航空航天、生物医疗、汽车、 模具等领域具有广阔的应用前景
EBSM成型技术工艺原理
➢在真空室内，电子束在偏转线圈驱动 下按CAD／CAM规划的路径扫描。
➢熔化预先铺层的金属粉末；完成一个 层面的扫描后，工作箱下降一个层高。
➢铺粉器重新铺放一层粉末，电子束再 次扫描熔化，如此反复进行，层层堆 积，直接成形制造出需要的零件。
国内
➢ 电子束粉末熔融快速成形方面，清华大学与 桂林电器科学研究所合作研制了试验设备， 用于基础实验研究，目前仍处于实验室研究 阶段。
➢ 幸福曼德智能工程技术公司引进的其外方合 作伙伴瑞典Arcam 公司S12 型设备，主要生 产医用钛合金关节头，工艺较为成熟。
& 课堂作业
思考 EBSM 技术主要工艺有几个步骤？
➢美国麻省理工学院的V.R.Dave等人最早提出该技术并试制 了Inconel 718Fra Baidu bibliotek合金涡轮盘。
美国Sciaky公司生产的钛合金飞机零件
电子束熔丝成型技术工艺原理
➢在真空成形环境中，利用具有 高能量的电子束作为热源，将 送进的金属丝材熔化，按照规 划好的成形路径，逐点逐层堆 积，直至成形出近净成形的金 属零件。