最牛逼的3D打印！电子束熔融技术深度剖析
什么是电子束熔融技术
电子束熔融技术（EBM）是一种基于金属粉末的3D打印增量制造技术。粉末部分在高真空环境下被电子束一层一层地熔化之后，再选择性成型。
电子束熔融的过程很像激光熔融，只是热源由激光换成电子束。首先机器将一层很薄的金属粉末平铺在成型台上，被电子束熔化后，成型台下降一定程度以便下一层金属粉末可以覆盖至顶层，再被电子束在所选择的部分熔化。这一过程反复进行，直至最终成品。
电子束熔融技术流程
CAD画图设计零件；
在成型台上确定成型部分位置，添加支撑结构；
将3D零件切割成2D平面层；
逐层熔化焊接成型；
将成型部分取出，吹掉多余粉末。
电子束熔融过程内部图
电子束熔融技术特点
电子束熔融技术这一过程中需要支撑结构，用于将已经成型的部分固定和悬挂在成型台上。这一结构可以使热量从已经熔化的部位转移，从而减少热压。
成型区可以同时进行多个零件的制造，只要他们都固定在成型台上。
金属粉末粒子大小，形状，杂质都会影响零件成型后的密度，微结构，纯度，机械特性和热学特性。
最大覆盖体积：350*350*380mm3
精度： 0.1mm
公差： +/- 0.2mm
最小层厚度： 0.05mm
密度： 99.9%
扫描速度： 8000m/s
打印速度： 55-80cm3/h
电子束功率： 50-3500W
成型部分表面结构
电子束熔融技术适用材料
G2钛 (Grade2 Titanium)
Ti-6Al-4V钛合金
钴铬合金 (CoCr)
铝和铝合金 （Aluminium and its alloys）
钢 （Steel）
超耐热不锈钢（Superalloys）
金属间化合物（Intermetallics）
高熔点合金 （Refractoryalloys）
电子束熔融技术优缺点
优点
不需要额外辅助仪器
原料处理高效
后续加工处理过程简单
设计不受限
适用于高熔点，高活性材料
设计时间减少，快速面向市场
成品密度高，机械性能好，热压少
高度定制
缺点
制造速度较慢
成本高
目前只适用于部分金属
电子束熔融技术应用领域
电子束熔融技术多应用于小型系列器件，在钻模，固定装置部分应用较广，适用于：
航空领域：涡轮叶片，泵轮
汽车行业：涡轮增压
医疗工程：移植
使用电子束熔融技术的打印机
Arcam A1
A2
A2X
A2XX
EBM S12
Q10
译者 李春阳
编辑 zippy
（关于译者：李春阳，留德硕士，主修微电子专业，helloear实验室特约专栏作者）
3D打印技术-电子束熔化(EBM)简析
我国研究EBM的专家：清华大学机械工程系林峰教授
电子束熔化是一种3D打印技术，它利用电子束将金属粉末熔合在一起以制造零件。《3D打印商情》小编将在本文里简要解释这一技术是如何工作的，并指出它的优缺点，展示它的用途，希望能助您初步了解这一技术。
01、什么是电子束熔化？
电子束熔化(EBM)是一种非常类似于SLS的3D打印技术，但EBM又有两个不同之处——能量来源于电子束而不是CO2，所使用的材料是导电金属，而不是热塑性聚合物。
具体而言，EBM通常使用钛合金，无法打印塑料或陶瓷部件。这是由于整个过程所依据的电荷决定的。
EBM之所以需要导电金属，是因为该技术本身是基于电荷的。换句话说，电荷负责使粉末与电子束发生反应，从而使粉末固化。
下文我们将更深入地介绍EBM，包括它的工作原理、优缺点，以及一些理想的应用领域。
02、电子束熔化工艺
EBM 3D打印零件后处理
所有EBM 3D打印机都包括一个能发射电子束的能源、一个粉末容器、一个送粉器、一个粉末再涂机和一个加热的建造平台。打印过程是在真空中进行的，这样生产就可以在严格控制的条件下进行。更准确地说，真空主要是为了防止粉末在高温下氧化。
EBM 3D打印过程开始于用所需的金属粉末填充粉末仓。完成后，粉末箱被放置到3D打印机，在那里开始加热阶段。在打印之前，需要把粉末加热到恰好低于其熔点。
3D打印本身从粉末再涂布机开始，它将一层预热粉末沉积到构建平台上。一旦粉末凝固，电子束熔化就开始了。电子束由一组电磁线圈控制，这些线圈精确地将电子束指向构建平台的所需点。电子束在熔化粉末时选择性地移动，使粉末颗粒融合在一起。
完成一个层后，构建平台向下移动一个层的高度。再涂布机再次带着一层新的粉末进入，电子束开始诱导粉末粒子的融合，导致新的层的形成……重复这一过程直到整个部件完成。
03、电子束熔化后处理
从EBM打印零件中去除粉末
当完成后，零件不会立即可见，因为他们在粉末桶内被非烧结粉末覆盖着，必须先移除非烧结粉末。
1、畸变
由于EBM 3D打印过程被高温包围，零件本身暴露在应力中，这可能导致变形。虽然周围的非烧结粉末在打印过程中为零件提供支撑，但作用还不够。
由于存在扭曲的风险，EBM需要支撑结构。支撑件是由与零件本身相同的材料制成的。
当零件最终完成时，将粉末仓从3D打印机中取出。尽管零件已经制造完成，但你暂时还不能使用该零件。
2、热处理
由于零件中存在分子应力，所以含有这些零件的粉末仓经过打印后用热处理——热处理确保应力的消除，从而降低了变形的风险。热处理还有助于提高零件的力学性能。
经过热处理后，使用压缩空气使部件从粉末中显露出来。如果部件带有支撑结构，则在压缩空气清除粉末后将其移除。
3、支撑
由于支架是由金属制成的，所以它们相当坚固。正因为如此，对于金属3D打印来说，移除支撑是一个普遍需要面对的问题。与其他金属3D打印技术一样，支撑结构通常远离零件加工。
在支撑最终被移除后，如果需要，可以使用传统技术对EBM部件进行抛光、涂覆甚至进一步加工。
04、电子束熔化优点与缺点
EBM 3D打印赛车组件
就像其他3D打印技术一样，EBM也有其优点和缺点。
1.优点
·高密度的基础上完全熔化粉末——电子束实现了粉末的完全熔化，确保了较高的部件密度，也因此确保了强度。
·由于密度高，强度高。与其他金属3D打印技术相比，被认为具有最佳的强度。
·更快速的打印工艺。
·非烧结粉末可回收利用。
·由于处于真空状态，翘曲的风险较低。
2.缺点
·打印量小(最大直径350毫米，高度380毫米)；
·不太准确，因为激光聚光灯稍微宽一点；
·有限的材料选择(仅钛或铬钴合金)；
·需要技巧与耗时的后处理；
·昂贵的机器和材料(300美元+/公斤)
05、电子束熔化工业与应用
EBM 3D打印颅骨植入物
关于EBM 3D打印机的一个有趣的事实是，只有一家公司生产这种打印机——Arcam EBM，这是一家GE Additive公司，当然，它自然就是EBM领域的一个领导者。
EBM 3D打印机的价格很高。我们不知道确切的价格，因为它是不公开的。
由于EBM 3D打印机和粉末是昂贵的，因此该技术尚未用于大规模生产一点也不奇怪，它主要被用来制造一些小系列的零件，这些零件通常具有复杂的结构。
正如您对用于制造高强度金属部件的技术所期望的那样，它已被用于许多领域。EBM已经在医学、航空和汽车等行业中得到了应用。
值得一提的是，EBM应用程序诞生于医疗行业。有了EBM，就有可能生产出功能齐全的定制颅骨植入物。由于EBM部件通常很坚固，这个部件肯定和头骨一样坚固甚至更强。
来源：3D打印商情
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