电子束熔丝沉积成型技术
熔丝沉积快速成型实验心得
熔丝沉积快速成型实验心得电子束熔丝沉积快速成形是一种新兴的快速成形技术，可以用于航空航天、医疗等领域大型金属结构件的制造。
本论文通过实验与数值模拟相结合的方法，对其传热与流动行为进行了研究，主要的工作和结论如下： (1)开展了TC4钛合金电子束熔丝沉积快速成形实验，研究了工艺参数对熔凝区深度、宽度与深宽比的影响以及成形后的组织特征。
结果表明：1)快速成形过程中的熔池具有宽度大、深度小、深宽比小的特点，深宽比通常小于1，因此传统电子束深熔焊的旋转高斯体热源模型不能用于快速成形过程的数值模拟；2)添加椭圆扫描使电子束的作用范围增加并且能量分布更均匀；3)在加工后的熔融区以及相邻的近热影响区均发现了不同体积分数的相和'相，在快速成形过程中熔融区经历了由初生→β→液态→β→/'的相转变过程，近热影响区经历了由初生→β→/'的相转变过程。
(2)在综合考虑基材与丝材融化、蒸发、凝固等复杂相变现象，熔池内部对流传热、传导传热以及辐射散热等多种传热机制，自由界面的反冲压力、热毛细力和表面张力等动力学因素的基础上，建立了电子束熔丝沉积快速成形三维数值模型，可以用来数值模拟其快速成形过程的熔池温度场以及流动场。
通过对比熔凝区横截面形貌的实验结果，验证了模型的可靠性。
(3)开展了TC4钛合金电子束熔丝沉积快速成形传热与流动过程的数值模拟，定量地得到了基材不同时刻温度场、流动场的分布，研究了熔池演变过程以及熔滴沉积对熔池的影响。
结果表明：1)温度场特征量的变化规律与实验结果分析吻合；2)反冲压力、热毛细力均是影响熔池流动的重要因素，其中对流动规律影响最大的是热毛细力的作用；3)熔滴的沉积会对熔池的传热与流动产生影响，但持续时间较短，当熔滴滴落间隔较长时，熔池会逐渐恢复至熔滴沉积前的状态，此时熔池温度场和流动场的分布特征与未添加送丝工艺的基本相似。
熔融沉积成型的成型原理
熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）是一种常见的3D打印技术，也被称为熔融沉积制造或熔融沉积建模。
它的成型原理是通过将熔融的材料逐层堆积，最终形成所需的物体。
熔融沉积成型的过程可以简单地分为以下几个步骤：预处理、成型、支撑结构、后处理。
预处理阶段主要包括材料选择和模型设计。
在FDM技术中，熔融材料通常是塑料丝料，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）或PLA（聚乳酸）。
根据所需的物体特性和应用，选择合适的材料是非常重要的。
此外，模型的设计也需要考虑到成型过程中的一些限制，如悬空部分、最小壁厚和支撑结构。
接下来，成型阶段是整个过程的核心。
首先，将所选的熔融材料加载到3D打印机的喷嘴中。
然后，打印机将加热喷嘴以使材料熔化。
一旦材料达到足够的熔点，打印机将开始按照预定的路径将材料沉积到工作台上。
这个路径是根据模型的层叠信息生成的，可以通过计算机辅助设计（CAD）软件来创建。
打印机会逐层堆积材料，直到整个模型打印完成。
在成型过程中，支撑结构的设置是非常重要的。
由于熔融材料的特性，某些部位可能会出现悬空或悬臂的情况。
为了避免材料的下垂和变形，需要在这些部位添加支撑结构。
支撑结构通常由与模型相同材料的丝料打印而成，但与模型本身有一定的连接度。
打印完成后，可以通过剪除或其他方法将支撑结构去除。
完成打印后，需要进行后处理。
这通常包括去除支撑结构、打磨表面、喷涂或其他加工。
后处理的目的是使打印的物体达到所需的质量和外观要求。
熔融沉积成型技术具有许多优点。
首先，它具有较低的成本和高效的生产速度。
相比传统的制造方法，FDM技术可以节省大量的时间和金钱。
其次，FDM技术可以实现复杂的几何结构和个性化设计。
通过CAD软件，可以轻松地创建具有复杂形状的模型，并且可以根据需要进行修改。
此外，熔融沉积成型可以使用各种材料，具有广泛的应用领域，如汽车制造、航空航天、医疗器械等。
熔融沉积成型技术原理
熔融沉积成型技术原理熔融沉积成型技术（Melt Deposition Modeling，MDM）是一种先进的快速成型技术，它利用高能激光束或电子束将金属粉末熔融成型，逐层堆积，最终形成所需的零件。
这种技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍熔融沉积成型技术的原理及其应用。
首先，熔融沉积成型技术的原理是基于金属粉末的熔融堆积。
在成型过程中，激光束或电子束对金属粉末进行瞬间加热，使其熔化成液态金属，然后在特定的位置上进行凝固，形成一层固态金属。
接着，工作台下降一个层次，再次喷射金属粉末，重复上述过程，直至整个零件成型。
这种逐层堆积的方式使得熔融沉积成型技术能够制造出复杂形状的零件，且具有较高的成型精度。
其次，熔融沉积成型技术的原理还包括材料的选择和热力学特性的控制。
在选择材料时，需要考虑金属粉末的熔点和热导率等因素，以确保在激光束或电子束的作用下能够快速熔化和凝固。
同时，需要控制金属粉末的喷射速度、激光束或电子束的功率和扫描速度等参数，以使得每一层的成型质量得到保障。
最后，熔融沉积成型技术的原理还涉及到成型过程中的温度控制和残余应力的消除。
由于金属粉末的熔化和凝固过程是在极短的时间内完成的，因此需要对成型区域进行精确的温度控制，以避免出现裂纹和变形等缺陷。
同时，还需要对成型后的零件进行热处理等工艺，以消除残余应力，提高零件的稳定性和耐久性。
总之，熔融沉积成型技术的原理是基于金属粉末的熔融堆积，通过控制材料特性、热力学参数和成型过程中的温度和应力等因素，实现对复杂零件的高效成型。
这种技术具有成型速度快、成本低、适用性广等优点，将在未来的制造业中发挥重要作用。
机械制造电子束熔覆技术
机械制造电子束熔覆技术机械制造行业一直在追求更高的生产效率和产品质量，并不断寻求新的技术手段来实现这一目标。
电子束熔覆技术作为一种创新的制造工艺，在机械制造领域得到了广泛应用。
本文将对电子束熔覆技术进行详细探讨，并分析其在机械制造中的应用和优势。
一、什么是电子束熔覆技术电子束熔覆技术是指利用高速电子束对工件表面进行局部熔化，并在瞬间降温凝固的过程中，将熔化的金属粉末或线材喷射到工件表面，形成一层特殊的涂层。
这种涂层具有高强度、高硬度和耐磨蚀等特点，能够有效提高工件的使用寿命和性能。
二、电子束熔覆技术的工艺流程电子束熔覆技术的工艺流程包括工件准备、涂覆材料制备、电子束熔覆、冷却固化和涂层后处理等步骤。
1. 工件准备：首先，需要对待涂覆的工件进行清洗、抛光和除油等处理，以保证涂层的附着力和质量。
2. 涂覆材料制备：在电子束熔覆过程中，通常使用粉末和线材两种材料进行涂层的制备。
粉末材料通过粒径控制和混合工艺来获得理想的喷射性能；线材材料则需要经过成卷、切割和清洗等工艺。
3. 电子束熔覆：将工件放置在熔覆设备上，通过准确控制电子束的能量、扫描速度和轨迹，使它能够精确熔化涂覆材料，并在瞬间冷却凝固。
4. 冷却固化：电子束熔覆后，涂层需要经历冷却和固化的过程，以提高其结晶度和机械性能。
5. 涂层后处理：根据需要，对涂层进行抛光、研磨和热处理等后续处理，以进一步改善涂层的性能和外观。
三、电子束熔覆技术在机械制造中的应用1. 表面修复：机械制造中常常出现零部件的磨损、腐蚀和裂纹等问题，电子束熔覆技术可以通过在受损区域涂覆金属涂层，恢复工件原有的形状和功能。
2. 涂层增强：电子束熔覆技术可以在金属工件的表面形成一层均匀致密的涂层，提高工件的硬度、耐磨损性和耐高温性能。
3. 材料改性：电子束熔覆技术可以在金属工件表面形成涂层，并使涂层与基体之间形成良好的冶金结合，从而提高工件的强度、韧性和抗腐蚀能力。
4. 复合材料制备：通过电子束熔覆技术，可以在金属工件表面涂覆陶瓷、碳纤维等非金属材料，实现复合材料的制备，提供更多种类的选择和改进产品的性能。
电子束选区熔化成形技术研究进展
一、电子束选区熔化增材制造技 术简介
电子束选区熔化增材制造技术是一种基于电子束熔化技术的增材制造方法。 在制造过程中，高能电子束扫描特定区域，使其达到熔点并形成熔池。通过控制 电子束的扫描轨迹和能量，可以将金属粉末逐层熔化并快速冷却凝固，从而实现 金属构件的增材制造。
二、电子束选区熔化增材制造技 术的优势和不足
1、成形过程控制：电子束选区熔化成形过程中，电子束的能量、扫描速度、 扫描策略等因素对构件的质量和性能具有重要影响。研究者们通过数值模拟和实 验研究，对成形过程进行优化，以提高构件的精度和稳定性。
2、合金材料制备：电子束选区熔化成形技术可用于多种合金材料的制备， 如不锈钢、铝合金、钛合金等。近年来，研究者们致力于开发新型合金材料及其 制备工艺，以拓展其应用领域。
3、实现多功能制造：通过多电子束同时扫描、添加合金元素等方式，实现 金属构件的多功能制造，满足多样化的应用需求。
4、结合其他增材制造技术：结合光固化、粉末烧结等其他增材制造技术， 发展复合制造方法，提高制造效率和灵活性。
5、智能化和自动化：利用机器学习、人工智能等技术，实现电子束选区熔 化增材制造技术的智能化和自动化。
一、电子束选区熔化成形技术原 理与特点
电子束选区熔化成形技术采用电子枪产生的电子束作为热源，通过控制电子 束的移动轨迹和能量大小，对金属粉末进行逐层扫描并熔化。熔化的金属液体在 表面张力作用下形成预设的三维形状。其主要特点包括高能量密度、快速加热与 冷却、粉末材料广泛等。
二、电子束选区熔化成形技术研 究现状
3、生产效率高：由于采用快速 熔化和凝固技术，使得制造过程 具有较高的生产效率。
1、设备成本高：该技术所需的设备复杂、昂贵，初始投资成本较高。 2、技术难度大：对操作人员的技能和经验要求较高，技术门槛较高。
电子束熔融成型
电子束熔融成型
电子束熔融成型技术是一种先进的成型工艺，用于生产金属零件和零件，它可以在最短的时间内生产出具有更高精度的零件。
电子束熔融成型技术的基本原理是使用电子束将金属熔化，然后将熔融金属倒入模具中，形成一种复杂的金属零件。
这项技术结合了电子束焊接技术和熔融成型技术，可以生产出具有极高精度、复杂结构和微型尺寸的金属零件。
电子束熔融成型技术的优势主要体现在其生产效率、成本和精度方面。
电子束熔融成型技术具有较高的生产效率，可以在极短的时间内生产出具有更高精度的零件，同时可以降低零件的成本。
此外，由于电子束的高热密度，可以熔融几乎任何种类的金属，并且可以形成复杂的结构，因此电子束熔融成型技术可以生产出具有极高精度和复杂结构的零件。
尽管电子束熔融成型技术有着优异的性能，但它也存在一些缺点。
首先，电子束熔融成型技术需要较高的技术要求，而且模具的制作也要求很高，这使得它的成本较高。
此外，由于电子束的高热密度，可能会对金属表面产生损伤，因此，在使用电子束熔融成型技术时，还需要采取一定的预防措施，以免熔融金属受到损伤。
总之，电子束熔融成型技术具有生产效率高、成本低、精度高等优点，可以生产出具有极高精度和复杂结构的零件，因此它在工业生产中发挥着重要的作用。
但是，由于技术要求较
高，成本较高，以及可能会给金属表面造成损伤，因此，在使用电子束熔融成型技术时，还要注意采取一定的预防措施。
电子束快速成形技术在钛、镍基等高温合金制造中的应用前景
电子束快速成形技术在钛、镍基等高温合金制造中的应用前景电子束快速成形技术（Electron Beam Rapid Manufacturing，EBRM）是一种基于相对运动的电子束熔化金属粉末技术，主要应用于高温合金的快速制造。
高温合金，包括钛合金、镍基合金等，具有耐高温、耐腐蚀、高强度等优点，广泛应用于航空航天、能源、汽车等领域。
而传统的加工方法对于高温合金的制造存在诸多困难，而电子束快速成形技术则能够克服这些困难，有着广阔的应用前景。
一、电子束快速成形技术的基本原理电子束快速成形技术（EBRM）是一种通过电子束加热金属粉末，然后将其熔化并凝固成形的快速制造方法。
该技术主要包括以下几个步骤：1. 金属粉末喷粉：将金属粉末通过喷粉装置喷射到加工区域。
2. 电子束照射：使用电子束装置，对金属粉末进行照射。
电子束的能量将会使金属粉末熔化，形成液态金属。
3. 成形过程：通过相对运动，将电子束对金属粉末层进行扫描和熔化，使其逐层凝固成形。
4. 制品修整：将制造出来的工件进行后续处理，如机加工、热处理等，以达到所需的尺寸和性能。
电子束快速成形技术具有高能量密度、高扫描速度、层厚可调等特点，能够快速制造出复杂形状的高温合金部件。
由于电子束的高能量和精确控制，该技术可以实现高品质的制造，并且不受材料的熔点限制。
二、电子束快速成形技术在钛合金制造中的应用钛合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性能等优点，被广泛应用于航空航天、医疗、汽车等领域。
然而，由于其熔点高、导热性能差等特点，钛合金的加工制造一直以来都面临诸多困难。
电子束快速成形技术正好可以克服这些困难，有着广阔的应用前景。
首先，电子束快速成形技术可以实现高效率、高精度的制造。
钛合金的加工通常需要采用复杂的成形工艺和繁琐的加工步骤，而电子束快速成形技术可以实现一次成形，避免了多次加工和组装的过程。
同时，电子束熔化后的金属液体具有良好的流动性，可以填充复杂的几何结构，并且可以制造出高精度的钛合金部件。
简述熔融沉积成型的成型原理
简述熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型是一种先进的制造技术，通过将材料加热至熔点，使其熔化成液态，然后通过喷射或涂覆的方式将熔融材料沉积在基底上，最终形成所需的零件或构件。
这种成型方法具有高效、灵活和精密的特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
熔融沉积成型的原理是基于材料的熔化和凝固过程。
首先，选择适合的材料并加热至其熔点，使其转变成液态。
然后，通过喷射或涂覆的方式将熔融材料沉积在基底上。
喷射方式通常使用喷嘴将熔融材料喷射到基底上，形成一层薄膜。
涂覆方式则是将熔融材料涂覆在基底上，形成一层均匀的涂层。
最后，熔融材料在基底上冷却凝固，形成所需的零件或构件。
熔融沉积成型的原理可以分为两个主要过程：熔化和凝固。
在熔化过程中，材料被加热至其熔点，形成液态。
这一过程可以通过电弧、激光或电子束等加热源来实现。
加热源的选择取决于材料的性质和所需成型的精度。
在熔化过程中，材料的表面张力会使其形成球形，这种球形的特性有助于喷射或涂覆过程的进行。
在凝固过程中，熔融材料在基底上冷却凝固，形成均匀的涂层或薄膜。
凝固过程中，材料的温度逐渐降低，由液态转变为固态。
在这个过程中，凝固速度对成型的质量和性能起着重要作用。
如果凝固速度过快，可能会导致材料内部产生缺陷，影响成型的质量。
因此，控制凝固速度是熔融沉积成型的关键之一。
熔融沉积成型的原理可以应用于各种材料，包括金属、陶瓷和塑料等。
不同材料的熔化和凝固过程可能存在差异，需要针对不同材料进行调整和优化。
同时，熔融沉积成型还可以实现多材料的复合成型，通过控制不同材料的比例和喷射顺序，可以在基底上形成复合材料结构，提高材料的性能和功能。
熔融沉积成型是一种高效、灵活和精密的制造技术，通过将材料加热至熔点，使其熔化成液态，然后将熔融材料沉积在基底上，最终形成所需的零件或构件。
这种成型原理可以应用于各种材料，并且可以实现多材料的复合成型。
熔融沉积成型的发展将为制造业带来新的机遇和挑战，推动制造业向数字化、柔性化和智能化方向发展。
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美国Sciaky公司生产的钛合金飞机零件
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8.4.1 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。
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课程学习
8.4 电子束熔丝沉积成型技术
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。
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2016年，中航工业北京航空制造工程研究所大型熔 丝沉积电子束快速成形装备关键技术取得新突破
突破了电子束熔丝快速成形大型装备研制中长时间稳定工作的电子枪、大功率高压电源、 电子束快速成形工艺控制等关键技术，解决了在高速、高温、高蒸汽沉积环境下的稳定、 精确送丝难题，成功研发了国内最大的电子束熔丝成形设备，最大可加工零件尺寸达到 1500mm×500mm×2500mm，具备在线监测、多通道送丝功能，成形速度最大可达 5kg/h，实现送丝量的自动调整，可将成形效率提高50%以上，具备大型航空钛合金结构 的加工能力，其自动化水平、束源品质及加工能力达到国内领先、国际先进水平 。另外 在真空电子束快速成形设备的抗高温防蒸汽设计、多通道高效送丝系统、快速补给丝材设 计、真空环境下重载Z向工作台设计技术、多自由度数控系统集成技术、高温高蒸汽污染 环境下的实时在线观察技术均为独创技术。
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& 课堂作业
思考 比较一下电子束熔丝沉积成型技术和激光近净成型技术，说说这两种技术的
相同之处和不同之处。
1
模块8 金属3D直接打印成型
8.4 电子束熔丝沉积成型技术
2
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
3
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？
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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。
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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
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第五步 最终部件
将工件通过CNCቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控 机床完成精加工及表 面抛光
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8.4.2 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；；
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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。
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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。
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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。
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8.4.3 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
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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。