浮接专题综述Featureorticle
电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析
上海航天动力技术研究所(201109) 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所(150028) 哈尔滨工业大学（威海）山东省特种焊接重点实验室（264209）
邢希学潘丽华王勇徐富家
王廷苏帅
摘要增材制造(3D打印)作为一种新兴的材料成形方法，在航空航天、生物医学等领域有着广泛的应用前景。综述了电子束增材制造（3D打印)技术国内外研究现状，简述了利用电子束选区熔化技术增材制造的基本原理和国内外研究学者已经取得的部分研究成果，并展望了电子束增材制造技术的发展方向。
关键词：电子束选区熔化增材制造研究现状中图分类号：TG456.3
0序言
增材制造（AdditiveManufacture）又称3D打印，是一种兴起于21世纪80年代的新型技术，利用CAD设计结构数据，由计算机控制实现材料的逐层累加从而形成实体零件，相比于传统的切削加工，是一种“自下而上"材料累加的制造方法""。利用增材制造技术，可快速精密地制造出传统加工方法所不能实现的任意复杂形状的零件，可实现零件的一次成形，具有加工周期短、节约原材料等优点。增材制造的诸多特点完全符合现代绿色制造业低碳、节能、高效的产业发展方向，因此正逐步应用与航空航天、汽车制造、生物医学等领域。
金属零件增材制造技术作为整个增材制造体系中
最具前沿和难度的技术，是先进制造技术的重要发展方向。自前，根据热源的区别，主要包括电弧、激光和电子束三类[2-8]。电弧增材制造技术的主要应用目标为大尺寸形状较复杂构件的高效快速成形。而激光和电子束增材制造主要进行形状复杂的小尺寸构件的精密快速成形。在金属零件制造过程中，对激光器功率要求越来越高，运行成本高，而电子束具有高功率、高能量利用率、无反射及真空环境污染少等优势，得到了广泛关注并展开相应的研究。
文中主要总结了目前有关电子束选区熔化增材制造技术国内外的研究现状，分析了存在的问题和其发展趋势。
收稿日期：2016-04-15
基金项目：国家自然科学基金（51405098）
22
2016年第7期万方数据
1电子束增材制造技术的优势
激光和电子束属于高能量密度热源，其能量密度在同一数量级，远高于其它热源。相比于激光热源，电
子束还具有以下优点。 1.1功率高
电子束可以很容易地输出儿干瓦级的功率：而大部分激光器的输出功率在200~400W之间。电子束
加工的最大功率可以达到激光的数倍。 1.2能量利用率高
激光的能量利用率约为15%，而电子束的能量利
用率可以达到90%以上。 1.3无反射
众多金属材料对激光的反射率很高，且具有很高的熔化潜热，从而不易熔化。一旦形成熔池，由于反射率大幅度降低，使得熔池温度急剧升高，导致材料汽化。电子束不受材料反射的影响，可以用于激光难加
工材料的制造。 1.4对焦方便
激光对焦时，由于其透镜的焦距是定值，所以只能
通过移动工作台实现聚焦；而电子束通过聚束透镜的
电流来对焦，因此可以实现任意位置的对焦。 1.5成形速度快
电子束可以进行二维扫描，扫描频率可达20kHz，相比于激光，电子束移动无机械惯性，束流易控，可以
实现快速扫描，成形速度快。 1.6真空无污染
电子束设备腔体的真空环境可以避免金属粉未在液相烧结过程中氧化，提高材料的成形。