铜耐磨层电子束3D打印结构设计和工艺研究(3)
目前,我国由于试验分析方法及试验手段上的落后,电子束焊接在理论研究和设备先进程度上与国外还是有一定的差距 [13]。
1.2.3 电子束焊与激光焊的特点和应用
电子束焊与激光焊都属于高能密度焊接，都具有焊缝窄而深、热影响区小、焊件变形小等优点，但它们的工作原理还是有一定的差异。激光焊利用高能激光所产生的热幅射聚集熔化被焊材料，一般需要用惰性气体作为保护，而电子束焊则是依靠拥有一定速度的电子流来撞击工件表面，让电子的动能转化为热能来熔化材料，焊接一般在真空中进行。在工艺效果方面激光焊灵便，而电子束焊质量高、熔深大。[14]
电子束焊接参量主要是受电控制，它的稳定度可以做得很高，束功率密度很易达到1%的稳定度，而激光焊的能量转换层次多，还有气体介质参数的影响，一般束功率密度的稳定度低于5 %。另外，电子束焊在设备稳定性与可靠性方面进行了长期实践，积累了丰富经验，已在生产线上获得可靠应用[15]。
激光焊接、尤其是大功率激光焊接在国内还处于发展初期，随着技术上取得不断进步，成本显著下降后将在生产中得到推广应用，它与电子束焊接既有相互竞争的一面，又有相互促进补充的一面，在未来，两者都会在国家建设事业中充分发挥它们的作用。
1.3 电子束选区烧结成型技术
1.3.1 电子束选区烧结成型技术概述
20世纪90年代初出现了快速成型技术(Rapid Prototyping简称RP)，它是一种使用特殊的设备来产生实体模型的技术，核心是基于数字化的新型成形技术，常见的加工方法主要有:液态光敏聚合物选择性固化(SLA)、粉末材料选择性激光烧结(SLS)、丝状材料选择性熔覆(FDM)、薄型材料选择性切割( LOM )等技术。这几种方法各有各的优势，几乎都采用了激光焊接技术，只有丝状材料选择性熔覆技术采用其他的焊接方法。采用激光技术有很多的优势，但在SLS技术中，可以考虑采用电子束替代激光，将会是一个技术上的伟大创新：电子束焊接的最大功率可以达到激光焊接的数倍之多，并且电子束连续热源功率的密度要比激光高，选用电子束焊接时可以选择更快的加工速度，从而直接生产零件和模具。生产出的模具的机械强度和力学性能要比SLS的好，且能够直接用作生产用的模具，应用于生产加工。[16]
采用电子束替代SLS技术中的激光，最大好处便是可省去激光扫描部分的机械传动装置，以软件控制代替，从而提高成型精度，况且电子束扫描速度很高，可以极大提高整个快速成型系统的工作效率。 [17]
1.3.2 电子束选区烧结成型技术国内外研究进展
电子束选区烧结技术，在国内外都还出于起步阶段，是当今世界快速成型制造技术研究的热门，同时也是电子束烧结技术发展的一个新方向、新趋势。它可以通过电脑模拟的三文CAD模型数据，直接控制电子束焊机[18]，通过逐层熔覆技术或者选区烧结技术使材料的微滴拼接组装，从而直接快速的制造出任意形状的材料或零构件，并且具有一定的特殊性能。电子束技术与快速成型技术有很多特点：广泛的高能电子束加工范围；高精度的束斑直径；电子束技术提供的真空环境减少了电子的散射，同时降低了金属的氧化，确保了材料的成型稳定性。 [19]
目前，美国NASA Langley Research Center、Lockheed Martin等研究单位就对钛合金、铝合金结构的电子束选区快速成型技术做了很多的研究，相对于一般的金属快成技术,效率达到了其十倍之多[20]。英国伯明翰大学就利用电子束对合金提纯以及表面改性等方面作了大量的研究[21]，证明了电子束烧结的可行性；日本Osaka大学也使用电子束在基体金属表面，通过熔覆金属粉末层快速成型耐磨结构；美国麻省理工学院提出了电子束实体自由制造技术EBSFF（Electron Beam Solid Freeform Fabrication）[22]，EBSFF就类似于激光成型制造技术。电子束枪固定不动，由计算机根据几何形体各层截面的坐标数据，控制工作台平面沿轴移动。与此同时，加工原料在经过送丝打印头时被电子束熔化，然后一层一层的堆积熔覆，从而最终得到产品。
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