电子束快速成型系统送丝机构探讨及方案设计(3)
1.3. 电子束快速成型的主要方法
目前根据材料的施加方式和成型形态，电子束快速成型可分为两类：电子束选区烧结/熔化技术和电子束熔融/熔敷技术。
选区烧结技术以金属粉末为原料，由聚焦的高能束流逐点加热使之烧结。这类成型工艺的成型分辨率高，且成型件变形小，因此制件制作精度比较高[13]，但是其致密度和力学性能均不理想，且由于其在成型之初需要对金属粉末进行预置，连续制造难以实现。同时在电子束压力作用下，金属粉末易在真空室内发生飞散。目前国外瑞典的Arcam.A.B公司、美国North Carolina州立大学和清华大学机械系利用此类工艺进行探索研究。
熔融技术是利用电子束预先在基板上形成熔池，同时对熔池进行送丝，通过金属丝和电子束的作用完全融化并逐层堆积，最终形成具有一定形状的三文实体[14]。此类工艺成型件致密度高，带有明显的快速熔凝特征，力学性能很高，同时可以实现非均质材料和梯度材料零件的制造。然而由于其无法制造出带有悬空结构的零件，因此在制造过程中受到限制。目前美国NASA的Langley研究中心和美国MIT的冶金系在从事该方面研究并取得一定进展，我国北京航空制造工程研究所和上海交通大学也对该方式进行了研究。
1.4. 电子束快速成型系统中的送丝系统
1.4.1. 双送丝在电子束熔融技术中的优势
1.4.1.1. 送丝系统概述
在激光快速成型系统中，通过送粉或者送丝来实现连续的快速成型制造是目前最为流行的制造手段之一。送粉的基本原理是通过粉末后方的气流，将送粉管内的粉末送至工作区域由于粉末较焊丝而言，其颗粒小，接触面积大，因此在理论上只要粉末颗粒足够小，就可以实现任意结构的精确成型[14]，且其成型件变形小，因此制件制作精度比较高，因而广受欢迎。然而在电子束快速成型系统中，由于其需在真空室中进行，送粉会破坏工作的真空环境，因此送丝成为电子束快速成型连续制造的最优选择。
送丝系统最早应用于弧焊中，氩弧焊和CO2气体保护焊为单送丝系统最常见实施例。近年来国内一些学者也在通过对电子束焊接系统添加单送丝系统，以实现焊接过程的非自熔焊。单送丝系统通过单通道送丝来实现连续工作。其基本原理是通过送丝机构持续不断的向前送丝至工作区域，以保证工作的连续进行[15-19]。其最大的缺点在于，一次工作过程中只能使用一种材料，因此在加工过程中所受局限性很大。
1.4.1.2. 双送丝系统及其优势
双送丝系统，即在电子束快速成型系统中，通过两个独立的送丝机构对电子束工作区域进行送丝。该系统中，两组丝分别送进，独立控制。通过对送丝尺寸，送丝速度及送丝材料的控制，可分别实现同种材料快速成型，提高其效率，异种材料快速成型及梯度材料的制作等现有技术较为困难的实现形式。
1.4.2. 电子束快速成型系统中的双送丝机构
电子束快速成型系统中的双送丝机构的研究，一直是近年来国内外研究的热点课题之一，但均未能实现。其原因主要有以下几点：
(1) 由于工作环境对真空的要求，决定电子束焊机的送丝系统如果置于真空室外部，则必须保证其整个送丝通路的真空度。不仅系统非常庞大，而且其成本将大大提高；
(2) 受真空室几何尺寸的限制，现有送丝技术由于其庞大的体积而无法置于真空室内部，因此现有送丝机构无法实现与电子束焊机的匹配，必须开发出新型小体积的送丝系统；
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