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EBM打印工艺的原理、特点及应用

电子束熔融成型法(Electron Beam Melting,EBM)由Arcam公司发明,是金属增材制造的另一种方式。其工艺过程与SLM非常相似,最大的区别是能量源由激光换成了电子束。

一、EBM工艺的原理

电子束熔融(EBM)技术经过密集的深度研发,现已广泛应用于快速原型制作、快速制造、工装和生物医学工程等领域。EBM技术使用电子束,将金属粉末一层一层的融化生成完全致密的零件。

EBM打印工艺原理                EBM打印工艺原理

电子束由位于真空腔顶部的电子束枪生成。电子枪是固定的,而电子束则可以受控转向,到达整个加工区域。电子从一个丝极发射出来,当该丝极加热到一定温度时,就会放射电子。电子在一个电场中被加速到光速的一半。然后由两个磁场对电子束进行控制。第一个磁场扮演电磁透镜的角色,负责将电子束聚焦到期望的直径。然后,第二个磁场将已聚焦的电子束转向到工作台上所需的工作点。

EBM打印机                Arcam AB打印机

因具有直接加工复杂几何形状的能力,EBM工艺非常适于小批量复杂零件的直接量产。该工艺使零件定制化成为可能,而且为CAD to Metal工艺优化的零件,可以获得用其它制造技术无法形成的几何形状,因此,零件将因无与伦比的性能而对客户体现其价值。该工艺直接使用CAD数据,一步到位,所以速度很快。设计师从完成设计开始,在24小时内即可获得全部功能细节。与砂模铸造或熔模精密铸造相比,使用该工艺,交货期将被显著缩短。

生产过程中,EBM和真空技术相结合,可获得高功率和良好的环境,从而确保材料性能优异。

EBM打印产品

二、EBM工艺的优势、劣势

1)在窄光束上达到高功率的能力,能打印难熔金属,并且可以将不同的金属熔合。

2)真空环境排除了产生杂质的可能,譬如氧化物和氮化物,真空熔炼的质量可保证材料的高强度。

3)激光束式不实施预热,电子束式实施预热。电子束式的温差小,残余应力低,加工支撑所需较少。

4)EBM工艺加工过程中会预热粉末,粉末会呈现假烧结状态,不利于小孔、缝隙类特征打印,如1mm的孔易被粉末堵死。

5)EBM设备需要真空系统,硬件资金投入更高,而且需要维护。电子束技术的操作过程会产生X射线(解决方案:真空腔的合理设计可以完美的屏蔽射线。)

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