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金属3D模型打印技术详解(5)

发布时间:2018-11-01 17:01作者:admin 点击次数:197

  电子束熔化(EBM)

  1994年瑞典 ARCAM 公司申请的一份专利,所开发的技术称为电子束熔化成形技术(Electron Beam Melting),ARCAM公司也是世界上第一家将电子束快速制造商业化的公司,并于2003 年推出第一代设备,此后美国麻省理工学院、美国航空航天局、北京航空制造工程研究所和我国清华大学均开发出了各自的基于电子束的快速制造系统。美国麻省理工学院开发的电子束实体自由成形技术( Electron Beam Solid Freeform Fabrication,EBSFF)。EBSFF 技术采用送丝方式供给成形材料前两种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,模型打印与激光近形制造技术类似,电子束熔丝沉积快速制造时,影响因素较多,如电子束流、加速电压、聚焦电流、偏摆扫描、工作距离、工件运动速度、送丝速度、送丝方位、送丝角度、丝端距工件的高度、丝材伸出长度等。这些因素共同作用影响熔积体截面几何参量,确区分单一因素的作用十分困难;瑞典 ARCAM 公司与清华大学电子束开发的选区熔化(EBSM)利用电子束熔化铺在工作台面上的金属粉末,与激光选区熔化技术类似,利用电子束实时偏转实现熔化成形,该技术不需要二维运动部件,可以实现金属粉末的快速扫描成形。

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  电子束选区熔化(EBSM)原理

  类似激光选区烧结和激光选区熔化工艺,电子束选区熔化技术(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形的快速制造技术。EBSM技术的工艺过程为:先在铺粉平面上铺展一层粉末;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,金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起,并与下面已成形的部分粘接,层层堆积,直至整个零件全部熔化完成;最后,去除多余的粉末便得到所需的三维产品。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,电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转,达到选择性熔化。经过十几年的研究发现对于一些工艺参数如电子束电流、聚焦电流、作用时间、粉末厚度、加速电压、扫描方式进行正交实验。作用时间对成型影响最大。

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  电子束选区熔化的优势

  电子束直接金属成形技术采用高能电子束作为加工热源,扫描成形可通过操纵磁偏转线圈进行,没有机械惯性,且电子束具有的真空环境还可避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。 电子束与激光相比,具有能量利用率高、作用深度大、材料吸收率高、稳定及运行维护成本低等优点。EBM技术优点是成型过程效率高,零件变形小,成型过程不需要金属支撑,微观组织更致密等 电子束的偏转聚焦控制更加快速、灵敏。激光的偏转需要使用振镜,在激光进行高速扫描时振镜的转速很高。模型打印激光功率较大时,振镜需要更复杂的冷却系统,而振镜的重量也显著增加。因而在使用较大功率扫描时,激光的扫描速度将受到限制。在扫描较大成形范围时,激光的焦距也很难快速的改变。电子束的偏转和聚焦利用磁场完成,可以通过改变电信号的强度和方向快速灵敏的控制电子束的偏转量和聚焦长度。电子束偏转聚焦系统不会被金属蒸镀干扰。用激光和电子束熔化金属的时候,金属蒸汽会弥散在整个成形空间,并在接触的任何物体表面镀上金属薄膜。电子束偏转聚焦都是在磁场中完成,因而不会受到金属蒸镀的影响;激光器振镜等光学器件则容易受到蒸镀污染。


 

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