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| 雷射束熔融（EBM）1994年瑞典 ARCAM 子公司申请的一份专利权，所合作开发的控制技术称为雷射束熔融成形控制技术（Electron Beam Melting），ARCAM子公司也是世界上首家将雷射束快速锻造商品化的子公司，再于2003 年推出第二代设备，此后麻省理工学院、美国国家航空航天局、北京航空锻造工程研究所和我国北京大学均合作开发出了各自的如前所述雷射束的快速锻造系统。麻省理工学院合作开发的雷射束虚拟自由成形控制技术（ Electron Beam Solid Freeform Fabrication，EBSFF）。EBSFF 控制技术选用送丝形式供应成形金属材料前两种借助雷射束熔融细丝材，雷射束静止不动，细丝材通过送丝装置和滚珠轴承移动，与雷射近形锻造控制技术类似于，雷射束DIP沉积快速锻造时，负面影响不利因素非常多，如雷射束流、快速电阻、著眼电阻、偏摆扫描器、工作距离、钻孔体育运动速率、送丝速率、送丝方位角、送丝角度、丝端距钻孔的高度、丝材张开宽度等。这些不利因素共同促进作用负面影响熔积体横截面欧几里得稳态，确界定单个不利因素的促进作用非常困难；瑞典 ARCAM 子公司与北京大学雷射束合作开发的议席熔融（EBSM）借助雷射束熔融铺在滚珠轴承底下的坩埚，与雷射议席熔融控制技术类似于，借助雷射束动态偏移同时实现熔融成形，该控制技术不需要二维体育运动组件，可以同时实现坩埚的快速扫描器成形。雷射束议席熔融（EBSM）原理类似于雷射议席热处理和雷射议席熔融工艺技术，雷射束议席熔融控制技术（EBSM）是一种选用高能量高速路的雷射束特异性地炮击坩埚，从而使得粉末状金属材料熔融成形的快速锻造控制技术。EBSM控制技术的工艺技术过程为：先在铺粉正方形上蔗茅一层粉末状；然后，雷射束在计算机系统的控制下按照横截面线条的信息展开有选择的熔融，坩埚在雷射束的炮击下被熔融在一起，并与下面已成形的部分成膜，一层层沉积，直到整个配件全部熔融完成；最后，除去累赘的粉末状便得到所需的二维产品。杨瑞麟机的动态扫描器信号经步进及圣克雷潘后传达给偏移线圈，雷射束在相关联的偏移电阻产生的电场促进作用下偏移，达到特异性熔融。经过十多年的研究发现对于一些工艺技术模块如雷射束电阻、著眼电阻、促进作用天数、粉末状宽度、快速电阻、扫描器形式展开共轭实验。促进作用天数对成形负面影响最大。雷射束议席熔融的优势雷射束直接金属成形控制技术选用高能量雷射束作为加工热源，扫描器成形可通过操纵磁偏移线圈展开，没有机械惯性，且雷射束具有的真空环境还可避免坩埚在液相热处理或熔融过程中被氧化。 雷射束与雷射相比，具有能量借助率高、促进作用深度大、金属材料吸收率高、稳定及运行维护成本低等优点。EBM控制技术优点是成形过程效率高，配件变形小，成形过程不需要金属支撑，微观组织更致密等 雷射束的偏移著眼控制更加快速、灵敏。雷射的偏移需要使用振镜，在雷射展开高速路扫描器时振镜的转速很高。在雷射功率较大时，振镜需要更复杂的冷却系统，而振镜的重量也显著增加。因而在使用较大功率扫描器时，雷射的扫描器速率将受到限制。在扫描器较大成形范围时，雷射的焦距也很难快速的改变。雷射束的偏移和著眼借助电场完成，可以通过改变电信号的强度和方向快速灵敏的控制雷射束的偏移量和著眼宽度。雷射束偏移著眼系统不会被金属蒸镀干扰。用雷射和雷射束熔融金属的时候，金属蒸汽会弥散在整个成形空间，并在接触的任何物体表面镀上金属薄膜。雷射束偏移著眼都是在电场中完成，因而不会受到金属蒸镀的负面影响；雷射器振镜等光学器件则容易受到蒸镀污染。雷射束议席熔融的主要问题真空室抽气过程中粉末状容易被气流带走，造成真空系统的污染；但其存在一个比较特殊的问题即粉末状溃散现象，其原因是雷射束具有较大动能，当高速路炮击金属原子使之加热、升温时，电子的部分动能也直接转化为粉末状微粒的动能。当粉末状流动性较好时，粉末状颗粒会被雷射束推开形成溃散现象。防止炊粉的基本原则是提高粉床的稳定性，克服雷射束的推力，主要有四项措施：降低粉末状的流动性，对粉末状展开预热，对成形底板展开预热，优化雷射束扫描器形式。因此，粉末状金属材料一直很难成为真空雷射束设备的加工对象，工艺技术模块方面的研究更是鲜有报导。针对粉末状在雷射束促进作用下容易溃散的现象，提不同粉末状体系所能承受的雷射束域值电阻（溃散电阻）和雷射束扫描器域值速率（溃散速率）判据，并在此基础上研究出混合粉末状； EBM控制技术成形室中必须为高真空，才能保证设备正常工作，这使得EBM控制技术整机复杂度提高。还因在真空度下粉末状容易扬起而造成系统污染。此外，EBM控制技术需要将系统预热到800℃以上，使得粉末状在成形室内预先热处理固化在一起，高预热温度对系统的整体结构提出非常高的要求，加工结束后配件需要在真空成形室中冷却相当长一段天数，降低了配件的生产效率。雷射束无法比较难像雷射束一样著眼出细微的光斑因此成形件难以达到较高的尺寸精度。因此，对于精密或有细微结构的功能件，雷射束议席熔融成形控制技术是难以直接锻造出来的。 雷射束偏移误差。EBSM系统选用磁偏移线圈产生电场，使电子偏移。由于偏移的非线性以及电场的非均匀性，雷射束在大范围扫描器时会出现枕形失真。大偏角时的散焦。EBSM系统选用著眼线圈使雷射束著眼。若著眼线圈中的电阻恒定，雷射束的著眼面为球面，而雷射束在正方形上扫描器。因此，雷射束在不偏移时著眼，而在大角度偏移时出现散焦。国内外研究状况从 2003 年推出第一台设备 S12 至今，ARCAM 推出了三款成形设备。在新一代成形设备 A1、A2成形设备中，成形配件的最大尺寸和精度都有较大的提高，并且在成形配件的冷却中同时实现了自动冷却。在成形和冷却的过程中在真空室充入一定压强的氦气，可以快速成形后的冷却速率，同时保持更低的氧含量。A1、A2 设备的应用领域也更加明确，A1 主要用来成形骨骼植入物，成形金属材料也主要为钛、钴合金；A2 主要用于成形航天航空领域和国防领域需要的配件，也制作其它领域成形复杂度高的小批量金属件。ARCAM 选用最新生产的 A1 和 A2 设备，生产了大量精度和强度更加优良的配件，其中借助 A1 生产的合金骨骼早已通过了 CE 认证，迄今在欧洲大陆已经造福超过 10，000 名患者，在 2011 年初也通过了美国 FDA 的认证。借助 A2 生产的航空和国防领域的产品也取得了显著的成果，除了具有以上所说的表面光滑，可加工复杂形状，还将原金属材料到最终产品质量的比率由 15～20 降到了约为 1，大大的降低了成本。美国 NASA Langley Research Center、Sciaky 子公司、Lockheed Martin 子公司等研究单位针对航空航天钛合金、铝合金结构开展了大量研究，最大成形速率达到了 3500cm3／h，较之其它的金属快速成形控制技术，效率提高了数十倍。借助该项控制技术完成了F－22 上钛合金支座的直接锻造，该配件成功通过了两个周期的最大载荷全谱疲劳测试，并未发现永久变形。在国内北京大学机械系独立的合作开发了雷射束议席熔融设备，在 2004 年推出第一台雷射束议席熔融成形设备 EBSM150，再于 2008 年升级到第二代设备EBSM250，成形配件最大尺寸增大至 230mm×230mm×250mm。该课题组使用自行合作开发的设备，对雷射束议席熔融工艺技术的多个关键问题展开了深入的研究，在近十年的天数内，做了大量研发工作，包括成形控制系统合作开发、粉末状预热工艺技术、扫描器路径规划、成形件的机械性能等。 |
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