钢电子束3D打印结构设计和工艺研究(2)
1.2 电子束3D打印技术
作为高能束流之一的电子束，在焊接领域中具有能量传递直接，极高的能量密度，保护条件理想，以及良好的可达性和可控性的特点。这种技术的过程是将金属粉末以一定的厚度铺展在送粉机构上的平板上，通过压实装置压实并刮平；根据模型的数据信息使用高能量的电子束束对刚铺展的一层金属粉末进行扫描烧结；烧结后的粉末就形成了零件的一个截面。依次反复，在已经形成的截面上再次铺展粉末，根据模型信息，利用电子束束选择性地进行烧结成型，每个截面之间通过电子束束的能量都能够紧密粘合在一起，最后形成一个完整的实体。虽然真空条件对其实际生产有一定的限制，但一些低真空、非真空以及其它技术的发展仍使其在整个工业制造中广泛使用。而在20世纪末期由于快速原型的发展，电子束在此方面的应用也逐渐发展起来。与激光等其他方法快速成形相比,电子束具有能量利用率高、功率大，加工速度快，成本消耗低和高真空保护等优点,是高性能复杂零件的理想快速制造技术，在航空航天、汽车及生物医学等领域有很好的发展前景[8-9]。
1.3 电子束3D打印发展趋势
由于打印的构件精度高,没有传统制造工艺中的模具的设计和制作过程，可以直接从计算机图形数据得到最后的成型零件，这大大缩短了生产周期，使制造流程大大简化，制模的成本大大节约。且可以通过个人在计算机建模自行设计，很容易在大小，形状以及零件的比例上自由修改，并且这些修改都能够实时的反应到零件的成型上，这也为3D打印产品的个性化制造提供了方便。打印材料的多样性，一般来讲，一个3D打印系统可选用的材料是多样的，可以使用塑料、金属、陶瓷材料等，可以满足各个行业的需要。
曾有人对铝合金和钛合金进行EBFF实验，微观测试试验后发现其资质可通过对扫描的快慢的调节是晶粒细化，且表面成型良好[10]。而对Ni合金而言，这种方法也不失为一种优良的方法，晶粒大小中的C的大小在280-590之间，在整个范围内均匀出现，而这与实验预期相符。体现了电子束送丝快速制造技术可以促进C的状态分布，以及微观组织的优化。布什等人对两种钛合金进行了电子束3D打印工艺研究，在金属粉末熔化后成型的零件中用微观显微镜看到了等轴晶，且垂直于扫描方向。而与扫描方向相同的区域看到了片叶状及球状的组织，组织结构较复杂，分布不整齐。但其的一些抗腐蚀性能却得到了提高，而力学性能中的强度方面反而有些下降。西雅基企业也对EBFF进行了加工过程的工艺研究，加工精度为2～5mm，有利于将特殊空间几何的大体积实体进行加工且速度加快有一定的发展意义[11-14]。
在未来，3D打印技术将在精密化、智能化、通用化及便携化等方面得到发展，并且，可以在以下的几个方面得到改善和发展：
（1）可以在3D打印的速度、效率和精度等方面得到提升，开发连续打印、大零件打印、多种材料打印、并行打印的工艺和方法。在打印成品的表面质量、力学和物理性能方面得到提高，这对于3D打印能够产业化有很重要的意义。
（2）在3D打印材料方面，应该开发多种多样的打印材料，比如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料和复合材料等等。特别对于金属材料的直接成型技术的研究尤为重要，这将促进整个工业生产的快速发展。
（3）3D打印机在未来可以在双色或者多色方面进行研究，使3D打印机能够同时完成两种以上颜色的渲染，使打印模型更有层次感和立体感。
（4）将3D打印机能够满足家庭日常生活的需求作为一个重要发展目标。这就需要3D打印机在体积上做到小型化、桌面化，以及打印成本的降低和操作系统的简便化。