电子束选区熔化技术
EBSM技术的研究进展_20160707
双金属EBSM技术
能够同时运用 2 种金属粉末，可进行梯度材料 的电子束增材制造的系统 TC4-TiAl梯度结构
•Ti47Al2Cr2Nb：优 良的高温力学性能， 工作温度可达900℃， 但是在室温时脆性 非常大。 •Ti6Al4V：良好的 综合力学性能，但 在高温下强度较低；
增材制造的多材料及在线制备特点
EBSM制备镍基单晶
德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究
Matthias Lodes, 1st International Conference on Electron Beam Additive Manufacturing, 27 – 29 April 2016, Nuremberg, Germany
EBSM制备镍基单晶
德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究
Matthias Lodes, 1st International Conference on Electron Beam Additive Manufacturing, 27 – 29 April 2016, Nuremberg, Germany
激光选区熔化
电子束选区熔化
Arcam AB
S12 成形空间/mm 电子束功率/kW 铺粉层厚/mm 200×200×180 3.5 0.05~0.2 Q20 350×380 3 0.05~0.2
扫描速度m/s
电子束定位精度/mm 成形零件精度 冷却方式 EBM A1
>1000
±0.05 ±0.4 手动
多束扫描，任意变化
±0.025 ±0.4 EBM Q20 自动
EBSM-250（为西北有色院开发）
选区激光融化技术
选区激光融化技术激光融化技术是一种先进的制造技术，通过激光束的高能量聚焦，能够将材料局部加热并融化，从而实现对材料进行精准加工和制造。
这种技术在许多领域都有广泛的应用，如3D打印、航空航天、医疗器械等。
本文将从不同角度介绍激光融化技术的原理、应用以及未来发展方向。
一、激光融化技术的原理激光融化技术基于激光的作用原理，通过激光束的高能量聚焦，将材料的局部加热至融化温度，随后快速冷却形成所需的结构。
激光束的特点决定了激光融化技术具有高精度、高效率和高质量的特点。
首先，激光束具有很高的能量密度，能够将材料迅速加热至融化点，避免了材料的过热和过烧现象。
其次，激光束的聚焦性能非常好，能够将能量聚焦在非常小的区域内，实现对微小结构的制造。
此外，激光融化技术还具有非接触性和无损性的特点，能够对材料进行精确加工而不会对材料产生损伤。
二、激光融化技术的应用1. 3D打印：激光融化技术在3D打印领域有着广泛的应用。
通过控制激光束的扫描路径和功率，可以将材料层层叠加，逐渐构建出所需的三维结构。
这种制造方式不仅能够实现复杂结构的制造，还能够减少材料的浪费和加工时间，极大地提高了制造效率。
2. 航空航天：激光融化技术在航空航天领域有着重要的应用。
通过激光束的精确控制，可以对航空航天部件进行精细加工和修复。
例如，可以利用激光融化技术对航空发动机叶片进行修复，提高其使用寿命和性能。
此外，激光融化技术还可以用于制造轻量化的航空航天部件，提高飞行器的燃油效率和载荷能力。
3. 医疗器械：激光融化技术在医疗器械制造领域也有广泛的应用。
通过激光束的精确控制，可以制造出高精度和高可靠性的医疗器械。
例如，可以利用激光融化技术制造出精细的假体和人工关节，用于骨科手术。
此外，激光融化技术还可以用于制造微型医疗器械，如激光刀和激光钳，用于微创手术和精细操作。
三、激光融化技术的发展方向随着科技的不断进步，激光融化技术也在不断发展和完善。
未来，激光融化技术可能在以下几个方面有所突破：1. 材料范围扩大：目前，激光融化技术主要应用于金属材料的制造，如钛合金和不锈钢等。
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。
电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析
电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析1. 本文概述随着现代制造业的快速发展，增材制造技术作为一种创新制造方法，在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域展现出了巨大的应用潜力。
电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting, EBSM）作为增材制造技术的一种，以其高精度、高效率和优异的机械性能等特点受到广泛关注。
本文旨在对电子束选区熔化增材制造技术的研究现状进行全面分析，包括其工作原理、关键工艺参数、材料适用性、优势与挑战以及在不同领域的应用情况。
通过对现有文献的综述和案例分析，本文将深入探讨EBSM技术的发展趋势，为其未来的研究和应用提供理论指导和实践参考。
2. 电子束选区熔化增材制造技术基本原理EBSM系统首先通过电子枪产生高能电子束。
电子枪通常采用场发射或热发射的方式，产生高速电子流。
这些电子流在高压电场的作用下被加速，形成高能电子束。
电子束的能量密度通常在107至109Wcm范围内，足以熔化大多数金属和合金。
电子束在计算机控制下精确地扫描金属粉末层。
当电子束照射到粉末上时，其能量被粉末吸收并转化为热能，导致粉末局部熔化。
电子束的扫描路径和功率密度可以精确控制，以确保只有预定区域的粉末被熔化。
熔化的粉末在重力和表面张力的作用下保持形状，并与下层已固化的材料相结合。
随着电子束的连续扫描，熔化区域逐渐扩展，逐层构建出所需的三维结构。
这一过程中，熔化与凝固快速交替进行，要求精确控制温度，以防止热应力和变形。
EBSM过程通常在真空或保护气氛中进行，以防止熔化金属与空气中的氧气、氮气等发生反应，避免氧化和污染。
气氛控制对于保持零件质量至关重要，特别是在处理易氧化或对气氛敏感的合金时。
制造完成后，零件通常需要去除支撑结构并进行后续的热处理、机加工等，以达到最终的设计要求和使用性能。
电子束选区熔化增材制造技术因其高能量密度、高精度和良好的材料适应性，在航空航天、生物医疗、高端制造等领域展现出巨大的应用潜力。
选区激光熔化技术
选区激光熔化技术选区激光熔化技术是一种高端的制造工艺，它利用激光束对金属进行加热，使其熔化并在凝固时形成精密的结构。
这种技术在航空航天、汽车、医疗设备等领域得到广泛应用，因为它可以生产高质量、高精度的零部件。
在本文中，我们将介绍选区激光熔化技术的基本原理、应用、优点和限制。
一、选区激光熔化技术的基本原理选区激光熔化技术是一种非接触式的生产工艺，它利用激光束对金属进行加热，使其熔化。
激光束的能量密度非常高，可以使金属迅速升温至其熔点以上。
在激光束的作用下，金属表面的温度会迅速升高，直到熔化。
一旦金属开始熔化，激光束的功率会被调整，以保持金属表面的温度在其熔点以上，但不高于其沸点。
在这种情况下，金属可以熔化，但不会汽化。
在选区激光熔化过程中，激光束被聚焦在金属表面上，形成一个非常小的熔池。
激光束的焦点可以被控制，因此可以精确地控制熔池的位置和大小。
可以使用计算机控制系统来控制激光束的位置和功率，以形成所需的形状。
当金属开始凝固时，激光束的功率会被降低，以保持温度在熔点以下，但高于室温。
在这种情况下，金属会逐渐凝固，形成所需的形状。
二、选区激光熔化技术的应用选区激光熔化技术在许多领域得到了广泛的应用。
其中最常见的是航空航天和汽车工业。
在这些行业中，需要生产高质量、高精度的零部件，以确保安全和可靠性。
选区激光熔化技术可以生产出非常复杂的形状，例如复杂的几何形状和内部结构，这些结构无法通过传统的加工方法实现。
此外，选区激光熔化技术可以生产出非常高质量的表面，这对于需要高精度表面的应用非常重要。
选区激光熔化技术还可以用于医疗设备制造。
医疗设备需要具有高度的可靠性和精度，以确保其有效性和安全性。
选区激光熔化技术可以生产出非常精密的零部件，例如人工关节和牙科支架。
这些部件具有非常复杂的形状和内部结构，可以精确地适应人体的需求。
三、选区激光熔化技术的优点和限制选区激光熔化技术具有许多优点。
首先，它可以生产出非常复杂的形状和内部结构，这些结构无法通过传统的加工方法实现。
电子束选区熔化成形技术研究进展
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｂ ｅ ａ ｍ ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ（ Ｓ ＥＢ Ｍ ）ｉ Ｓ ａ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｎ ｅ ｗ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ
ｆ ｒ ｏ ｍ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ １ ９ ９ ０ｓ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｍｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ，ｖ ａ ｃ ｕ ｕ ｍ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｓｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ Ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎｇ
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关 键 词 ：电子束 选区熔化成 形 ；成形装 备 ；缺 陷控制 ；组织 特性 ；增材制造 ；随形热处理 ；生物多孔植入 体
选区激光融化技术
选区激光融化技术引言激光融化技术是一种先进的制造技术，被广泛应用于各个领域。
尤其是在选区激光融化技术中，其精确性和可控性使其成为材料制造和3D打印领域的热门研究课题。
本文将对选区激光融化技术进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二级标题1：选区激光融化技术的概念和原理选区激光融化技术，也被称为选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting，简称SLM），是一种通过激光束瞄准目标材料并进行局部加热，使其融化并与底层材料融为一体的制造技术。
其原理主要包括以下几个方面：1.初始材料：选区激光融化技术使用粉末材料作为初始材料，目前常用的材料包括金属、陶瓷等。
这些粉末材料具有良好的流动性和熔点，适合于激光的加工。
2.光束瞄准：通过计算机控制系统，激光束被精确地瞄准到目标材料的特定位置。
光束的能量密度非常高，能够快速加热目标材料并使其融化。
3.材料融化：一旦激光束照射到目标材料上，能量会被吸收，并导致材料局部融化。
由于激光束的高能量密度，材料融化非常快速。
4.融化层与底层结合：融化的材料与底层材料之间的黏结作用力使其结合在一起，形成一个连续的物体。
这种结合具有很高的强度和密度，使制造出的产品具有良好的性能。
二级标题2：选区激光融化技术的应用选区激光融化技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些主要领域的应用示例：三级标题1：航空航天1.制造复杂结构件：选区激光融化技术可以制造出复杂形状的金属件，满足航空航天领域对轻量化和高强度的需求。
2.修复和再制造：选区激光融化技术可以修复损坏的航空航天部件，并使其恢复到原始设计规格。
三级标题2：医疗领域1.制造个性化植入物：选区激光融化技术可以根据患者的具体情况制造个性化的植入物，提高植入物与组织的匹配度。
2.快速制造医疗器械：选区激光融化技术可以快速制造医疗器械，满足紧急救援和手术需求。
三级标题3：汽车制造1.制造复杂结构件：选区激光融化技术可以制造汽车发动机部件等复杂结构件，提高汽车的性能和可靠性。
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➢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。
➢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 718 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。
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。
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
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。
➢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。
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。
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？
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
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。
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
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；；
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。
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？