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金属3D打印技术及其专用粉末的研究进展(4)

时间:2017-02-11 22:19 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:
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2.3 电子束选区熔化技术( EBSM) 
EBSM是采用高能电子束作为加工热源,扫描成形可以通过操纵磁偏转线圈进行,且电子束具有的真空环境,还可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。鉴于电子束具有的上述优点,瑞典 Arcam公司、清华大学、美国麻省理工学院和美国 NASA 的Langley 研究中心,均开发出了各自的电子束快速制造系统 ,前两家利用电子束熔化铺在工作台面上的金属粉末,与激光选区烧结技术类似;后两家利用电子束熔化金属丝材,电子束固定不动,金属丝材通过送丝装置和工作台移动,与激光净成形制造技术类似。 

EBSM技术是20世纪90年代中期发展起来的一种金属零3D打印技术,其与SLM/DMLS系统的差别主要是热源不同,在成型原理上基本相似。与以激光为能量源的金属零件3D打印技术相比,EBSM 工艺具有能量利用率高、无反射、功率密度高、聚焦方便等许多优点。在目前3D打印技术的数十种方法中,EBSM技术因其能够直接成型金属零部件而受到人们的高度关注。

国外对EBM工艺理论研究相对较早,瑞典的Arcam AB公司研发了商品化的EBSM设备EBM S12系列,而国内对EBSM工艺的研究相对较晚。Heinl等采用Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu、Murr采用Ni基和Co基高温合金、Hernandez等人采用TiAl制备了一系列的开放式蜂巢结构。通过改变预设置弹性模量E,可以获得大小不同的孔隙,降低结构的密度,获得轻量化的结构。K.N.Amato等人利用Co基高温合金矩阵颗粒制备了柱状碳化物沉积结构。

Ramirez等采用Cu2O制备了新型定向微结构,发现在制备过程中,柱状Cu2O沉淀在高纯铜中这一现象。刘海涛等研究了工艺参数对电子束选区熔化工艺过程的影响,结果表明扫描线宽与电子束电流、加速电压和扫描速度呈明显的线性关系,通过调节搭接率和扫描路径可以获得较好的层面质量。锁红波等研究了EBSM制备的Ti-6Al-4V试件的硬度和拉伸强度等力学性能,结果表明成型过程中Al元素损失明显,低的氧气含量及Al含量有利 于塑性提高;硬度在同一层面内和沿熔积高 度方向没有明显差别,均高于退火轧制板的硬度水平。 利用金属粉末在电子束轰击下熔化的原理,先在铺粉平面上铺展一层粉末并压实; 然后,电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化/烧结,层层堆积,直至整个零件全部熔化/烧结完成。

EBSM 技术主要有送粉、 铺粉、 熔化 等工艺步骤,因此,在其真空室应具备铺送粉机构、粉末回收箱及成形平台。同时,还应包括电子枪系统、真空系统、电源系统和控制系统。其中,控制系统包括扫描控制系统、运动控制系统、电源控制系统、真空控制系统和温度检测系统,如图 3 所示。 瑞典 Arcam 公司制造生产的 S12 设备是电子束选区熔化技术在实际应用中的最好实例。该公司在 2003 年就开始研究该项技术,并与多种领域结合探究。目前,EBSM技术在生物医学中得到了大量应用,相关单位正积极研究它在航空航天领域中的应用,美国在空间飞行器方面的研究重点是飞行器和火箭发动机的结构制造以及月球或空间站环境下的金属直接成形制造。 

(责任编辑:中国3D打印网)

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