3  电子束增材制造技术

电子束增材制造技术主要分为电子束选区熔化技术以及电子束熔丝沉积成形技术。电子束选区熔化技术说的是电子束按照一开始设计好的路径在偏转线圈的驱动下进行扫描，通过层层铺好的金属粉末反复熔化堆积，最后制造出设计好的金属构件，这一系列的加工过程都需要在10-20Pa以下的真空环境中进行，如图2所示。这一技术一开始出现在上世纪90年代初期的瑞典，由瑞典工业大学和Arcam公司一起研究，取得了很大的进展[3]。而这些年以来，Arcam自主开发的EBM设备在航天航空领域取得了极大的发展，美国和意大利的多家公司对航天器，火箭等需要的零件进行了大量的研究，并已经投入了生产。因为很多材料对于电子束能量的吸收率比较高而且相当稳定。所以电子束选区熔化技术能够应用于一些结构很复杂，对于传统加工方法来说特别困难，甚至没有办法去加工的金属零件。目前，中国有多家研究所用Arcam公司制造的设备进行了一系列的研究，包含了医学和多孔材料等多个领域，也取得了很多成果。

电子束选区熔化技术

对于电子束熔丝沉积技术来说，这是一种在真空环境中操作的，高能量密度的电子束直接对金属的表面进行撞击进而形成熔池，通过焊丝的送丝让熔池在事先设计好的路径下进行运动，由金属材料不断的堆积形成需要的金属零件，原理图如图3所示[17]。

电子束熔丝沉积原理

这一项技术有着它的优点，主要是沉积的效率很高而且在真空的条件下对零件的保护方便。2002年，美国的K。M。Taminger等人第一次提出了EBF3技术，主要进行了低重力条件下的成形技术研究。2007年，美国CTC公司制定了无人战斗机制造技术的提升计划，把电子束熔丝沉积成形技术拟定成未来高效低成本制造大型构件的方案。2006年，中航工业北航制造工程研究生也开始了对于这项技术的研究，其制备了一系列的钛合金和A100超高强度钢，力学性能如附表所示[7]。其研发制造出的相关钛合金零件如图4所示。

电子束熔丝沉积典型零件

4  固相增材制造技术

固相增材制造技术的提出有它的背景所在，通过高能束流作为焊接热源这种增材制造技术在高温合金和钛合金等这些金属材料的制备过程中有着很大的优势，但对于其他的一些合金，比如铜合金和铝合金等，因为其能量的吸收效率特别低，所以导致了高能束流增材制造技术在这些合金的制备中收到了很大的限制，所以在人们的不断探索下就有了固相增材制造技术的诞生[14]。

美国Chen等人采用超声波增材技术把NiTi形状记忆合金成功的植入铝里面，制备了一种复合材料。印度J。John Samuel Dilip等人利用搅拌摩擦焊的实验设别对304不锈钢进行了增材制造，最终得到了一个高50mm直径20mm的棒状材料[7]。南昌航空大学的黎柯明教授和他的团队把搅拌摩擦焊技术和金属增材制造技术结合在了一起，成功的制备出了一种适用于 FSAM的搅拌头，可以对铝合金进行增材制造实验，研究相关的实验工艺参数和成形构件的力学性能[8]。