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电子则具有较强的穿透力,其穿透深度比光子大三个数量级,能量大部分被材料吸收。在目前的EBM设备中,电子束功率3kW,并且3kW仅仅是入门级功率的电子束,在电子束焊接领域,电子束功率达到数十千瓦。电子束的偏转依靠磁场,瞬息万变的磁场可以让电子束的偏转速度高达数千米每秒,实现点到点的瞬间跳跃。
但电子束其携带的电荷对成形过程有负面的影响。粉末材料的导电性能差,电子束携带的电荷如果没有被及时导走、积累在粉末中,会导致“吹粉”——即粉末在电荷斥力作用下四散飞扬。“吹粉”会造成成形过程的不稳定,需要极力避免。
技术分析
工艺流程分析
1、铺粉
EBM用的粉末粒径相对较粗,分布在45-105μm之间。粒径太细的粉末会增加“吹粉”的风险。相比激光选区熔化SLM,EBM的耗材更加经济。
EBM的粉末层厚度在50-150μm之间,可以轻松获得高度致密的零件。通常,EBM的效率是SLM的3倍以上。
2、加热粉末层
电子束多次地快速扫描粉末层,使其温度升高至粉末材料轻微烧结但又不至于被熔化。电子束加热粉末层的过程,由于电子束可以快速跳转,让粉床的温度分布更加均匀。
3、熔化粉末层
由于功率大,电子束熔化粉末材料时的扫描速度可以超过10m/s,可以快速地完全熔化零件的截面。不过,EBM成形的零件表面粗糙度大于SLM,主要原因为电子束束斑直径大、所用的粉末材料粒径粗、铺粉层厚大、熔化区与粉末区的温度梯度小。
与SLM相比,EBM具有以下优势:
1、在窄光束上达到高功率的能力。
2、真空熔炼的质量可保证材料的高强度。
3、真空环境排除了产生杂质的可能,譬如氧化物和氮化物。
4、能熔炼难熔金属,并且可以将不同的金属熔合。
5、电子束功率的高效生成使电力消耗较低,而且安装和维护成本较低。
6、由于产出速度高,所以整机的实际总功率更高。
7、由于电子束的转向不需要移动部件,所以既可提高扫描速度,又使所需的维护很少。
当然,EBM技术也有劣势,包括:
1、需要真空,所以机器需配备另一个系统,这要花钱,而且需要维护(而其好处是,真空排除杂质的产生,而且提供了一个利于自由形状构建的热环境)
2、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。)
来源:上海市增材制造协会
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