电子束快速成型系统粉末操纵装置研制(2)
目前金属快速成型制造技术所用的热源，主要有激光、电子束、电弧等。激光选区熔化原型技术[3]制造的零件，组织细密，属于冶金结合，因而拥有良好的力学性能，是近几年来快速成型技术的研究热点与发展趋势。电子束快速成型技术，在航空航天[4]、汽车制造[5]、生物医学等方面具有广阔的发展前景。相比于激光作为热源的选区熔化技术，电子束有诸多不可比拟的优势。例如，材料运用范围广，聚焦集中，功率更大，高真空保护，扫描速度快，电磁偏转控制更方便，能量利用率更高等。表1.1是激光快速成型技术与电子束快速成型技术的对比。
表1.1 激光快速成型技术与电子束快速成型技术的对比
快速成型技术类型/特点 激光快速成型技术 电子束快速成型技术
激光选区烧结SLS 激光选区熔化SLM 电子束选区熔化
EBSM 电子束直接制造EBDM
成型速度 慢 慢 快 最快
运行成本 高 高 低 低
成型精度 好 好 好 差
零件出现缺陷的倾向 大 大 小 小
设备成型尺寸 受气氛室限制 受气氛室限制 受真空室限制 受真空室限制
设备文护成本 高 高 低 低
适用范围 模具制造为主 医用、航空航天、珠宝行业 医用、汽车、航空航天、模具制造、珠宝行业等 零件毛胚制造
电子束粉末快速成型中，粉末的铺设效果如何直接影响了成型效果。如何设计一套粉末操纵装置，实现良好的粉末铺设效果，是电子束粉末快速成型必须解决的问题。
1.2 国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
1.2.2国内研究现状
1.3本课题的研究内容
本课题主要是在通用电子束焊机的基础上，根据电子束选区沉积工作过程，通过对机械系统与电气控制系统的设计，研制一套电子束选区沉积的粉末操纵装置，实现工作平台高精度升降；金属粉末均匀铺放；对工作区域已铺放粉末的无缺失压平；并对多余粉末进行回收，从而达到可以为实现电子束选区沉积进行供粉的目的。
2系统设计环境和指标
2.1系统设计环境
2.1.1真空室的尺寸影响
电子束加工均在真空室中进行，粉末操纵系统的总体尺寸受限于具体真空室的尺寸，因为本课题是基于本校已有的通用电子束焊机，来设计粉末操纵装置。因而设计的粉末操纵装置的总体尺寸必须小于其真空室可容纳的尺寸（l*d*h=480mm*500mm*380mm）
2.1.2真空室抽放气的影响
由于电子束加工是在真空室中进行的，而真空室的抽放气可能会产生较强的气流，从而将粉末吹散，造成粉末的浪费与真空室的污染。因而必须验证真空室抽放气是否对粉末有影响。
针对真空室抽放气可能造成的影响，设计实验。试验中，将粉末以一特定图像均匀地铺设在硬质纸盒中，并把盛有特定图像的纸盒放入真空室中，随后对真空室进行抽放气，查看抽放气对粉末形态的影响。实验发现，真空室放气时产生了足够强的冲击气流，将粉末吹离原位置，甚至将硬质纸盒吹翻。因而在设计储粉箱与回收箱时保持其一定的密闭性是必须的。