天游线路检测中心 电子束金属 3D 打印机

金属3D打印机的分类

金属3D打印机根据材料、热源和打印方法可分为以下几类。 JEOL 的 JAM-5200EBM 被归类为电子束粉末床方法（EBM 或 EB-PBF）。

有关金属3D打印机每种方法的特点以及增材制造（AM）的特点，请参阅以下专栏。

什么是电子束金属3D打印机

电子束金属3D打印机是一种利用金属粉末创建三维物体的增材制造设备，通常指粉末床方法。
在真空室中铺展一层原料金属粉末，并使用电子束作为热源选择性地熔化要建模的部件并进行堆叠（增材制造）。去除堆叠块周围不需要的粉末并取出模型物体。

电子束金属3D打印机的设备配置

电子束金属3D打印机的电子枪主要由电子源、磁场透镜和偏转线圈组成。从电子源的阴极发射的电子被高电压加速并使用磁透镜聚焦成束。此外，偏转线圈用于将聚焦成光斑形状的电子束移动并扫描到任何所需位置。
真空室内部有一个粉末料斗，用于储存金属粉末并将其排出到底部；一个重涂臂，用于将排出的金属粉末推到造型台上并使其平滑；以及一个重涂臂，用于保持打印表面的温度并将金属分布到周围区域。它由防止气相沉积的隔热罩、升高和降低打印表面（基板）的 Z 轴驱动单元以及随着 Z 轴驱动单元降低而储存在打印表面上熔化和烧结的物体以及周围金属粉末块的成型槽组成。

电子束粉床造型工艺

电子束粉末床法的主要过程由以下四个步骤组成。

我们将3D数字设计数据导入专用软件，设置支撑材料，并为每层和电子束照射条件创建2D切片数据。

创建的数据被导入到打印设备中，并且打印设备被撤出。

用电子束扫描整个基板以对其进行预热。

• 第1步：Z轴平台下降
  成型槽内的底板（Z 轴平台）将降低一层。

• 第 2 步：散粉
  重涂臂左右移动，使金属粉末均匀分布并形成粉末床。

• 第3步：预热（粉床的整个表面）
  在高速扫描的同时用电子束照射整个可打印区域的粉末床表面以预热金属粉末。这种预热使金属粉末彼此轻微粘合，并防止粉末在打印过程中散落。

• 第4步：熔化（建模部分）
  用电子束选择性地照射要建模的区域并加热以熔化和固化金属粉末。

重复此过程，并逐层形成基于3D数据的三维结构。

打印到最后一层后，让构建槽中的整个物质冷却，然后将打印设备打开到大气中。
将模型物体作为周围粉末已预烧结的块（粉饼）取出，并使用PRS装置（粉末回收系统）通过喷砂去除周围预烧结粉末，并取出内部模型。

使用电子束作为热源的优点

• 高输出
  电子束源一般配备45kW至6kW的高输出电子枪，因此打印速度快，还可以支持高熔点金属的打印。

• 高效传动
  电子束可以高效传输，因为在源阴极和照射目标之间不存在导致能量损失的光学组件。

• 能量转化率高
  电子束是高速电子流，其动能在撞击物体时转化为热能。激光源是光，因此根据照射的材料会发生反射，并且转换成热量的吸收率根据材料的不同而变化。但电子束的热转换效率很高，无论材质如何，都有80%以上转化为热能。

• 快速扫描
  使用电磁线圈对电子束照射位置的移动进行电气控制，从而实现极高速的扫描。金属增材制造中使用的电子枪可以以超过 1,000 m/sec 的速度扫描电子束。

• 预热
  由于电子束功率高、扫描速度快，可以在短时间内将基板上的粉末床表面从几百℃预热到1000℃以上。这种预热过程具有缓解模型物体残余应力的作用，有助于提高其力学性能，抑制模型的变形和开裂。

• 真空工艺
  电子束在真空中照射。在熔化金属的过程中，它减少了杂质的夹杂，从而创造出高质量的物体。
  然而，一些电子束金属3D打印机需要在打印过程中引入惰性气体。

电子束金属3D打印机用建筑材料

电子束法适合对各种金属进行建模，因此使用适合工业领域的材料。

• 钛合金：航空航天/生物医学

• 镍基合金：航空航天/发电

• 纯铜：线圈/导电部件/热交换器

摘要

电子束金属3D打印机利用真空环境和高能量密度电子束来实现活性金属和高熔点金属材料的高密度建模，并通过预热的热加工来创建几乎没有变形的形状。特别是，我们在航空航天、医疗和能源行业所需的钛合金、镍基合金和钨等难切削材料的成型方面建立了良好的记录。
预计未来，随着打印精度和监控功能的提高，生产现场的实施将进一步增加。电子束金属 3D 打印机预计将作为一种战略技术在制造现场占据越来越重要的地位，在这些制造现场，复杂形状、高附加值零件的可靠性和生产效率非常重要。
JEOL 将继续支持技术发展，将具有激发新创新潜力的增材制造技术与保持其质量的测量和分析技术相结合。