1.2 电子束选区熔化技术的优势和局限性

电子束选区熔化技术具有高效性 、高纯度 、原材料利用率高、均匀致密 化等优点，除此之外有些传统铸造工艺不能加工的材料也可以用电子束选区熔 化技术来完成。这些都是它作为新兴制造工艺的优势，但同时由于它发展时间 并不够长因此这门技术还不成熟，在加工成产过程中依然存在不少局限性。下 面我们系统分析下当今电子束选区熔化技术的优势和局限性。

电子束选区熔化技术的优势具体分析如下：

（1）高效性。在同时加工很多个零件的情况下，如果选择传统的铸造工艺可 能花费时间较长。但是如果用电子束选取熔化技术就会大大缩短加工时间。数控 系统主程序会控制电子枪，根据设定的程序电子枪会把电子束分成指定的几束电 子束，然后这些电子束会同时对加工金属粉末进行扫描熔化，它能够同时保持两 个以上的工作区域熔化，以保证工作效率。除此之外扫描过程中，在对每一层金 属粉末进行扫描的时间也小于单电子束扫描每一层金属粉末的时间，所以具有高 效性。

（2）高纯度。众所周知电子束选区熔化技术是在真空条件下作业的，因此在 实验之前会进行抽真空，因此整个实验过程都是在真空环境并辅以惰性气体氦气 的环境下完成的，这样在用电子束选区熔化制备零件过程中就能避免出现粉末被 氧化的情况。试验完成后，制备的零件产品几乎是没有氧化物存在的，能够较好 的保证零件的相关物理性能并且对原材料污染较低，所以具有高纯度。

（3）原材料利用率高。在电子束选区熔化设备运行快要结束时，成型台会自 动下降与散热器接触，散热器能够加速零件散热，其原理是把零件的热量传递到 工作台腔壁这就极大地加快了零件的散热速度，然后拿出成型零件，把残留在零 件中的金属粉末清理干净，这些清理出的金属粉末还可以回收做下次使用。所以 原料的利用率高。

（4）均匀致密化。成型件的致密度是受到粉末粒子流动能力、材料构建策略 等多个因素共同影响，传统的铸造工艺在生产过程中难免会顾此失彼，但是如果 电子束选区熔化技术就能很好的协调这些因素生产出的零件组织比较均匀致密 化[14-15]。

（5）加工传统工艺不能加工的材料。由于 TiAl 钛合金存在室温脆性和加工 性能差的缺点，如果选用传统加工制备方法不仅加工过程困难并且生产出来的成 型件也不能满足工程需要 。在这种情况下，电子束选区熔化技术对于加工制备 TiAl 合金的成型件是较为合适的选择。

电子束选区熔化技术的局限性分析如下：

（1）能加工生产的的原材料范围有限。目前电子束选区熔化技术主要应用在 纯钛、Ti-6Al-4V  及 Ti2448 等钛合金材料，在其他金属材料上的研究应用并不常见还不成熟。因此它能加工生产的原材料较为有限。

（2）表面质量不高。电子束选区熔化技术虽然能够制备一些传统工艺不能 生产的形状较为复杂的零件，但是其加工生产的零件表面粗糙度质量一般不如传 统工艺，如果工程中对零件表面质量要求较高的话，就必须要对零件作进一步的 处理。

（3）打印尺寸受限。因为电子束选取熔化技术是在真空室的环境下进行的， 而真空室的尺寸有限，因此其生产制造处的零件尺寸有限，如果需要生产较大 尺寸的零件可能用电子束选区熔化技术无法实现 ，所以打印尺寸受到限制。

1.3 电子束粉末选区烧结成型装置研究现状

瑞典的 ARCAM 公司是国际上第一个将电子束选区熔化设备商品化的公 司。自从推出第一台设备 以来，ARCAM 公司又相继推出了三款在基础上改进 的成形设备[16]。这些新一代成形设备相较于 S12 很大程度上提高了成型件的精 度和最大尺寸[17]。如果在成形和冷却的过程中向真空室内充入惰性保护气体氦 气，可以加快成型件的冷却速率，因为冲入了大量惰性气体真空室的含氧量会比 较低[18]。如表 1 所示。A1、A2 设备的成型参数比较，比较结果分析其中 A1 主 要以加工生产钛、钴合金为主；A2 是主要用于成形国防领域和航天航空领域的 零件，但同时也可用于制作其它领域成形复杂的小批量金属件[19]。