电子束熔炼 (EBM)

1。简介：真空打印

电子束熔化 (EBM) 是最令人着迷的基于粉末床的金属 3D 打印工艺之一。与广泛使用的 SLM/PBF 工艺（其中激光束熔化粉末）不同，EBM 使用高能电子束作为热源。该技术主要由瑞典公司 Arcam（现为 GE Additive）开发并商业化。

由于电子束会被空气分子偏转，因此整个 EBM 过程必须在极高真空中进行。这一特性赋予该工艺独特的冶金优势。

2。 EBM 如何运作？

其功能与激光工艺有根本不同：

• 光束：钨丝发射电子，电子被磁场加速到光速一半以上。磁透镜聚焦并引导光束。与具有物理惯性的激光镜（检流计）相反，磁场可以毫不延迟地移动电子束。这允许同时维护多个熔池（多束效应）。
• 粉末：EBM 通常使用比 SLM 稍粗的粉末 (45-105 µm)，这可降低粉末成本并使处理更安全。在每层形成之前（预热），粉末会被电子束轻微烧结，这样粉末颗粒就不会在实际熔化过程中因充电而相互排斥（可怕的“烟雾”效应）。

3。钛合金和铝化钛

在加工高反应性和脆性材料方面，EBM 是无可争议的冠军。高真空确保绝对不含氧气，即使在激光加工中使用最好的氩气保护气体也很难实现这一点。

• Ti6Al4V（钛 5 级）：EBM 打印的钛具有优异的低应力微观结构，广泛用于骨科植入物。
• 钛铝化物 (TiAl)：这些金属间化合物非常轻且耐热（非常适合飞机发动机的涡轮叶片），但通常在室温下像玻璃一样脆。由于 EBM 工艺中的安装空间温度极高（通常超过 1,050 °C），钛铝只能打印无裂纹。

4。在医疗技术和航空航天领域的应用

EBM 技术的主要买家是质量和认证要求最高的行业。

• 植入物：使用 EBM 打印髋关节和膝关节数万次。高施工温度消除了内应力，真空确保了绝对纯度。 EBM可用于打印小梁结构（晶格结构），极大地促进骨量向内生长。
• 涡轮叶片：GE9X 发动机（波音 777X）使用由铝化钛制成的 EBM 打印涡轮叶片，可显着减轻发动机的重量。

5。挑战与结论

EBM 也有缺点：由于粉末较粗以及粉末床的“烧结”，表面粗糙度（Ra 值）明显比激光 PBF 差。这意味着配合和功能表面几乎总是需要大量机械加工。此外，除粉过程很复杂，因为未熔化的粉末在安装空间中被烘烤成多孔饼（但很容易回收）。

尽管面临这些挑战，当需要消除残余应力、真空纯度以及脆性高性能材料的加工时，电子束熔炼仍然是首选。