電子束選區熔化技術——一種新型增材制造技術

   電子束選區熔化技術（SEBM，Selective Electron Beam Melting）是基于3D打印技術的金屬零件增材制造技術，其工作原理如下：將所設計零件的三維圖形按一定的厚度切片分層，得到三維零件的所有二維信息；在真空箱內以電子束為能量源，電子束在電磁偏轉線圈的作用下由計算機控制，根據零件各層截面的CAD數據有選擇地對預先鋪好在工作臺上的粉末層進行掃描熔化，未被熔化的粉末仍呈松散狀，可作為支撐；一層加工完成后，工作臺下降一個層厚的高度，再進行下一層鋪粉和熔化，同時新熔化層與前一層熔合為一體；重復上述過程直到零件加工完后從真空箱中取出，用高壓空氣吹出松散粉末，得到三維零件。這種以電子束為能量源的粉床增材制造技術，具有能量利用率高、無反射、功率密度高、掃描速度快、真空環境無污染等優點，可以實現活性金屬材料的直接潔凈快速制造。

   目前，SEBM成形材料涵蓋了不銹鋼、鈦及鈦合金、金屬間化合物、鎳基高溫合金、鋁合金、銅合金和鈮合金等多種金屬材料，其中，鈦合金研究成果最多。由于在真空環境下成形，SEBM技術為化學性質活潑的鈦合金提供了適宜的加工條件，又加之增材制造技術柔性加工的特點，因此具有加工成形復雜鈦合金零件的能力。實驗證明，有著任意曲面和復雜曲面結構，或者各種異型截面的通孔、盲孔，各種空間走向的內部管道和復雜腔體結構的Ti-6Al-4V零件，能夠通過SEBM技術一次加工完成，并且具有優異的力學性能。據報道，采用SEBM技術制造的火箭汽輪機壓縮機承重體，尺寸為Ф267mm?75mm，重量為3.5公斤，制造時間僅為30小時。另據報道，采用SEBM技術制備出航天發動機主動冷卻噴管，該噴管不僅為曲面結構，而且管壁周圍均布有70個直徑為1mm貫通的小孔。這些都是傳統制造方法無法實現的。