电子束快速成型系统送丝机构探讨及方案设计(2)
1.1. 选题意义：
目前工业生产中，由于产品性能的提高，因此对于零部件形状要求越来越复杂，因此传统的模具制作+铸造成型的方式已经越来越难以满足现代生产的要求，在航空航天领域表现尤为明显。由于航空航天领域对零件要求其形状复杂，需求量少，同类零件往往只需要一到两个，因此模具生产不仅复杂，而且成本极高，快速成型技术由于不需要模具而直接成型，且其成型件致密度接近锻造件，有效解决上述问题而受到重视。国内外学者对电子束快速成型做过许多探讨，目前较为流行的方法为预置和送丝两种方式，
送丝技术由于通过对电子束真空室双送丝，可实现连续成型，提高生产效率。同时可以实现异种金属一体成型，可更好的满足国民生产各行业的需求，因此成为当前研究的热点问题。
1.2. 电子束快速成型基本原理及其优势
由于电子束功率密度很高，因此可以在短时间内将金属材料熔化，通过预置程序的控制，实现所需零部件的成型。目前金属零件快速制造工艺上技术较为成熟的是采用激光在气体保护下进行的激光烧结和激光熔覆两大类工艺。激光作为一种金属材料的加工手段，技术比较成熟、可控性好，便于实现数控，能够较好的实现材料的“离散／堆积”思想。其主要特点是使用激光作为其能量源，激光在局部产生高温以熔化金属材料，将金属或合金微粒(或丝)选择性地沉积在基体上，实现逐点、逐层堆积材料，完成三文零件的自由成形[4]。
利用电子束作为能量源进行快速制造是最近几年才提出的，除过激光之外电子束是另外一种大量运用于材料加工领域的高能束流，并已经大量运用于各类材料加工领域。它是采用高能电子束作为加工热源，成型可通过操纵磁偏转线圈进行[5-7]。己在金属零件快速成型领域中得到应用，并显示出了一系列独特的优势：
① 功率大，能量利用率高：电子束可以很容易地作到几千瓦级的输出，而激光器的一般输出功率在1-5KW之间。电子束加工的最大功率能达到激光的数倍，其连续热源功率、密度比激光高很多，可达107W／ram2[8]。与激光15％的能量利用率相比，电子束的能量利用率要高很多，可达到75％[9]。
②对焦方便：激光在理论上光斑直径可达lnm，但在实际应用中一般达不到。而电子束则可以通过调节聚束透镜的电流来对焦，束径可以达到0．1nm。因而可以作到极细的聚焦[10]。加工出的产品晶粒度高，纯度高，性能更优越。
③可加工材料广泛：大部分金属对激光的反射率很高，熔化潜热也很高[9]，从而导致不易熔化。而且一旦熔化形成熔池后，反射率迅速降低，使得熔池温度急剧上升，导致材料气化。而电子束可以不受加工材料反射的影响，很容易加工用激光难于加工的材料。
④成形速度高，运行成本低：电子束设备可以进行二文扫描，扫描频率可达到20KHz[11]，无机械惯性，可以实现快速扫描。且不像激光那样消耗诸如N2，C02，H2等气体，价格相对低廉，只需消耗数量不大的灯丝。
⑤电子束的真空环境可以避免金属粉末在液相烧结过程中氧化，也可以对一些有特殊要求的金属或合金零件进行杂质提纯[12]，这一点对钛及钛合金的加工尤为可贵。
综上所述，电子束加工较激光加工有能量利用率高、可应用材料广泛、真空环境无污染、成形速度快等优势。许多研究工作还在继续深入，电子束技术在工业中的应用存在巨大潜力。总之电子束技术符合2l世纪绿色制造的宗旨，正受到更多的关注和研究，可以预见电子束在金属零件快速成形技术领域必将占有主导地位。
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