铜耐磨层电子束3D打印结构设计和工艺研究(2)
1 绪论
3D打印技术正在急速的改变传统生产方式和生活方式，美国、德国等发达国家高度重视，而且作为战略性的新兴产业，积极推行着此技术。3D打印技术起源要追溯到快速成型技术（Rapid Prototyping，RP），从计算机辅助设计（3DCAD）开始，人们就期望能够方便地将设计直接的转化为实物。许多专家认为，集众多优点于一身的3D打印技术将推进第三次工业革命。[1]。
因此，对3D打印以及电子束选区熔覆工艺在生产铜耐磨层方面的应用值得探索研究，这也将是新型快速成型技术在焊接领域的一大突破。
1.1 3D打印
1.1.1 3D打印概述
3D打印技术是以数字化模型为基础，经过物理层的连续的叠加堆垛，以逐层打印的方式构造物体[2]，增加材料从而生成三文实体。它与传统的切削材料的加工方法不同，所以又被称作添加制造（Additive Manufacturing）。“添加制造”与传统加工方式不同，它并不需要原胚和模具，就可以直接的根据计算机图形的数据，成本低，生产周期短，方便制造，且能加工出各种形状的工件。
3D打印技术早在20世纪90年代中期就已出现[3]，但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过20多年的发展，该技术已日趋成熟，价格也有所降低。
1.1.2 3D打印国外研究进展
在欧美等发达国家，3D打印技术已经在商业应用中有所发展，如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以较低的成本、较高的生产效率，小批量的定制部件，完成复杂而精巧的造型[4]。英国的一家建筑企业Softkill Design率先提出了3D打印房屋的新概念：原材料来自塑料，外观类似蜘蛛网[5]。Jim Kor和他的Kor Ecologic团队打造了世界第一款3D打印的汽车。
1.1.3 3D打印国内研究进展
国内的学者针对3D打印也取得了许多重要的研究成果[6]。如杨恩泉指出我国航空制造业必须在打印对我国大部分企业带来巨大变革前，做好准备积极迎接打印技术的科技革命[7]。贺超良等主要介绍了3D打印技术在生物医用高分子材料制备中的研究进展，认为3D打印技术能够根据不同患者需要，迅速的制造出适合患者的高分子材料代替机体的部分组织[8]。
王忠宏教授对我国3D打印产业现状进行了综合研究并提出了相应的发展建议。他认为在技术研发方面，我国已有部分技术处于世界先进水平[9]。其中，激光直接加工金属技术发展较快，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞打印技术取得显著进展，相信此技术能在医学医疗领域和生物科技领域得到充分发展。
1.2 电子束焊接技术
1.2.1 电子束焊接概述
电子束焊接(EBW)是利用电子枪阴极所产生的电子在阴阳极之间的高压(20kV～ 300 kV)加速电场作用下被拉出,并被加速到很高的速度(0.3～ 0.7倍光速),经磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当撞击在工件接缝处时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的[10]。电子束焊接的能量集中，热效率比较高，焊缝金属冷却速度快，晶粒小；在真空环境下可以避免接头的氧化[11]。
1.2.2 技术国内外研究现状
早在上个世纪初，人们就已经知道在真空中被加速的电子轰击可作为热源来熔化金属，由此便开始尝试真空电子束焊接。1957年在巴黎展示的世界上第一台专门用于焊接的电子束焊机，标志着用电子束焊接金属取得了成功[12]。
20 世纪60 年代，我国开始着手于电子束焊接设备及焊接工艺的研究工作，并以世界先进水平为借鉴目标。航空工业总公司北京航空工艺研究所、中科院沈阳金属研究所的研发成绩较为突出，分别自行研制出了中高压真空电子束焊接设备,而且成功的试验了一系列电子束焊接理论和工艺。在我国,电子束焊接技术已经广泛的应用于汽车工业、齿轮加工业和航天航空领域的制造以及精密仪器文修业和电子仪表制造业。
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