EBSM技术的研究进展-20160707

2016中国航空航天增材制造论坛电子束选区熔化（EBSM）技术的研究进展林峰清华大学机械工程系快速成形/生物制造中心生物制造与快速成形技术北京市重点实验室2016年7月7日金属增材制造工艺的分类先材料后能量作用材料与能量同时作用材料先熔化，再沉积到基体上选区沉积熔覆沉积熔滴沉积基于粉末床（Powderbed）的工艺激光选区熔化电子束选区熔化ArcamABEBMA1EBMQ20S12Q20成形空间/mm200×200×180350×380电子束功率/kW3.53铺粉层厚/mm0.05~0.20.05~0.2扫描速度m/s1000多束扫描，任意变化电子束定位精度/mm±0.05±0.025成形零件精度±0.4±0.4冷却方式手动自动EBSM-250（为西北有色院开发）针对特种材料制备及成形的研究开发主要技术参数电子束功率：4kW加速电压：0～70kV电子束流：0～60mA增大成形空间：230230200mm3铺粉层厚：0.05～0.5mm电子束斑定位精度：0.1mm垂直运动精度：0.02mmEBSM-250（为合肥物质研究院）电子束双金属EBSM制造设备激光选区熔化（SLM）工艺的特点熔池小，沉积单元小，制件精度高粉床起支撑作用，易于成形悬垂结构，制件形状复杂直接制造多孔结构先材料后能量作用选区沉积激光选区熔化（SLM）工艺的特点熔池小，沉积单元小，制件精度高粉床起支撑作用，易于成形悬垂结构，制件形状复杂直接制造多孔结构致密度不足内应力大，易变性翘曲粉床温度较低（200℃）先材料后能量作用选区沉积电子束选区熔化（EBSM）工艺的特点EBSM——electronbeamselectivemelting特点：高能量转换率（90%）高能量吸收率（98%）粉床温度高（600℃）真空环境适合材料范围广电扫描，无机械惯性沉积效率高：~80cm3/h——在高性能材料研发中应用EBSM的研究进展EBSM制备TaiAl叶片意大利的AvioAero公司经过多年的努力，实现了TaiAl低压涡轮叶片的批量生产。其制造成本与精密铸造接近，而重量轻30%PaoloGennaro,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备TaiAl叶片2013年，建立了新的工厂，将装备60台AM设备PaoloGennaro,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备TaiAl叶片已经装机（与铸造叶片一起），最终将替代所有铸造叶片PaoloGennaro,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备铜合金零件德国纽伦堡大学报道了利用EBM技术制造纯铜零件MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备铜合金零件德国纽伦堡大学报道了利用EBM技术制造纯铜零件MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备铜合金零件德国纽伦堡大学报道了利用EBM技术制造纯铜零件MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备镍基单晶德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备镍基单晶德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备镍基单晶德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备镍基单晶德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,GermanyEBSM制备镍基单晶德国纽伦堡大学报道了利用EBM制造第二代镍基单晶的研究MatthiasLodes,1stInternationalConferenceonElectronBeamAdditiveManufacturing,27–29April2016,Nuremberg,Germany双金属EBSM技术能够同时运用2种金属粉末，可进行梯度材料的电子束增材制造的系统TC4-TiAl梯度结构•Ti47Al2Cr2Nb：优良的高温力学性能，工作温度可达900℃，但是在室温时脆性非常大。•Ti6Al4V：良好的综合力学性能，但在高温下强度较低；增材制造的多材料及在线制备特点非均质结构、材料制备-成形一体化是增材制造技术的一个有待挖掘的能力材料梯度结构——新装备的研制EBSM的研究进展EBSM-250双金属成形能力SlightlysinteredpowderAftercleaning567891056DualpowderdeliverysystemEBSM-250developedforTheHefeiInstitutesofPhysicalScience(HIPS)ofChineseAcademyofSciences(CAS)双金属EBSM技术关键技术高适应性的粉末定量供给及混合凹凸表面的可靠铺粉数字式电子束3D（动态焦距）扫描及自动校正较大的束斑直径(~200m)激光束斑直径~80m较高的表面粗糙度RafiHK,KarthikNV,GongH,etal.Journalofmaterialsengineeringandperformance,2013,22(12):3872-3883.SLM侧表面EBSM侧表面EBSM顶面SLM顶面EBSM工艺的不足激光-电子束复合选区熔化（hybridSM）中国发明专利:CN201510104702.9激光-电子束复合选区熔化（hybridSM）中国发明专利:CN201510104702.9清研智束科技首款具有双金属梯度结构成形功能的科研型EBSM设备——Qbeam清研智束科技首款具有双金属梯度结构成形功能的科研型EBSM设备——Qbeam陶瓷材料EBSM成形Al2O395%,Fe2O30.3,SiO21.5%,TiO23%总结：电子束选区熔化（EBSM）技术是一种极具特色的增材制造或材料加工技术，其提供的真空、高温环境，使之适于广泛的高性能材料以及多材料结构的制备通过与激光扫描的结合，改善EBSM制件的表面质量，由此可以综合两种工艺的优点，产生一种新型的激光-电子束复合选区熔化（Hybrid-SM)。谢谢!