SEBM技术SEBM原理及特点
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SEBM技术
SEBM原理及特点
***Selective Electron Beam Melting，SEBM)是一种粉床沉积技术，该技术基于离散堆积原理，以电子束为热源，在计算机的控制下选择性地熔化金属粉末，逐层熔化，层层叠加，最终形成致密的三维金属零部件。该技术具有成形速度快、成形效率高、能量利用率高、成形件力学性能出色等优点，可成形具有复杂形状的高性能金属零部件。此外，电子束的扫描速度快、作用深度深、粉末床较厚，其成形效率可达到激光粉末床熔融技术的4倍。
如图1所示，电子枪的灯丝受热产生的激发电子在加速电压的作用下形成高速电子束，电磁透镜令高速电子束聚焦成一点，随后在偏转透镜作用下进行偏转，计算机控制电子束选择性地熔化金属粉末，从而实现零部件的快速成形。粉末材料SEBM 成形时，首先，将待加工零件的三维模型使用软件进行切片处理，得到三维零件的所有二维截面信息；在真空室内，以聚焦电子束为热源，在电磁偏转线圈的作用下，由计算机控制电子束逐点扫描零件截面区域内的金属粉末，使其实现熔化融合，而未被熔化的金属粉末仍松散堆积；完成一层加工后，工作台下降一个层厚的高度，再进行下一层铺粉和熔化，新熔化层与前一层熔合为一体；重复上述过程直至完成所有二维截面的扫描熔合，待零件冷却后从真空室中取出，在粉末回收系统中用高压空气吹掉松散粉末，得到三维零件[1]。
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图 1电子束选区熔化成形装备结构示意图
SEBM技术优缺点
材料的致密度受到粉末粒子流动能力、材料构建策略等多个因素共同影响，相较于SLM技术，SEBM通常能更好地实现材料的均匀致密化，同时SEBM拥有更快的扫描速度，其制备大尺寸样品能力和成品表面质量均优于SLM技术[2]。SEBM技术与SLM技术相比拥有以下优点[3]：
能量利用率高，转换效率≥75%；
无反射，可加工材料广泛，成形过程中液态金属相比熔化前对激光的反射率迅速降低，从而使熔池温度急剧升高，导致材料气化；
电子束穿透能力强，加工速度快；
易某某，通过调节聚束透镜的电流实现电子束在任意位置上对焦；
设备功率高，可轻松达到千瓦级输出功率；
运行成本低，一般不消耗惰性气体；
设备维护简单，而激光成形设备的复杂光学系统需要经常维护以保持其输出功率；
在真空环境下工作，减少了杂质的污染。
同时SEBM技术也有其固有的缺陷：（1）打印前需长时间抽真空，真空度要求高，会消耗较多电能，对设备的气密性要求较高；（2）打印完成后，不能打开真空室，热量只能通过辐射散失，降低了打印效率。
SEBM技术应用
电子束选区熔化成形技术具有扫描速度快、能量利用率高、成形零部件力学性能好等优点，广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车制造等领域。
3.1航空航天领域
随着电子束增材制造技术理论研究的不断深入，国内外诸多航空***在镍基、钛基、铝基等关键典型构件电子束增材制造一体化成形及应用方面开展了大量研究。美国的CalRAM公司利用SEBM技术制造了Ti-6Al-4V发动机带罩叶轮，如图2所示。通用电气旗下的Avio Aero公司采用SEBM技术制造了全球最大的喷气发动机 GE9X的TiAl涡轮叶片，如图3所示，引起了业内的广泛关注。TiAl基合金具有低密度，高弹性模量，高比刚度和强度以及在高温下具有良好的抗蠕变性的优异性能，因此它们可用于航空航天领域。但是，由于TiAl合金在室温下的延展性差，因此其应用受到限制。Nb的添加可以通过细化晶粒来提高室温下TiAl合金的力学性能和延展性[4]。Nb-TiAl合金被认为是可替代航空航天用镍基高温合金的下一 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 d by Electron Beam Melting. Metallurgical and Materials Transactions A 42, 3491-3508, doi:10.1007/s1***-2 (2011).
12 Hosseini, E. & Popovich, V. A. A review of mechanical properties of additively manufactured Inconel 718. Additive Manufacturing 30, doi:10.1016/j.addma.2019.100877 (2019).
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