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| 雷射束熔融（EBM）1994年瑞典 ARCAM 子公司申請的一份專利權，所合作開發的控制技術稱為雷射束熔融成形控制技術（Electron Beam Melting），ARCAM子公司也是世界上首家將雷射束快速鍛造商品化的子公司，再于2003 年推出第二代設備，此后麻省理工學院、美國國家航空航天局、北京航空鍛造工程研究所和我國北京大學均合作開發出了各自的如前所述雷射束的快速鍛造系統。麻省理工學院合作開發的雷射束虛擬自由成形控制技術（ Electron Beam Solid Freeform Fabrication，EBSFF）。EBSFF 控制技術選用送絲形式供應成形金屬材料前兩種借助雷射束熔融細絲材，雷射束靜止不動，細絲材通過送絲裝置和滾珠軸承移動，與雷射近形鍛造控制技術類似于，雷射束DIP沉積快速鍛造時，負面影響不利因素非常多，如雷射束流、快速電阻、著眼電阻、偏擺掃描器、工作距離、鉆孔體育運動速率、送絲速率、送絲方位角、送絲角度、絲端距鉆孔的高度、絲材張開寬度等。這些不利因素共同促進作用負面影響熔積體橫截面歐幾里得穩態，確界定單個不利因素的促進作用非常困難；瑞典 ARCAM 子公司與北京大學雷射束合作開發的議席熔融（EBSM）借助雷射束熔融鋪在滾珠軸承底下的坩堝，與雷射議席熔融控制技術類似于，借助雷射束動態偏移同時實現熔融成形，該控制技術不需要二維體育運動組件，可以同時實現坩堝的快速掃描器成形。雷射束議席熔融（EBSM）原理類似于雷射議席熱處理和雷射議席熔融工藝技術，雷射束議席熔融控制技術（EBSM）是一種選用高能量高速路的雷射束特異性地炮擊坩堝，從而使得粉末狀金屬材料熔融成形的快速鍛造控制技術。EBSM控制技術的工藝技術過程為：先在鋪粉正方形上蔗茅一層粉末狀；然后，雷射束在計算機系統的控制下按照橫截面線條的信息展開有選擇的熔融，坩堝在雷射束的炮擊下被熔融在一起，并與下面已成形的部分成膜，一層層沉積，直到整個配件全部熔融完成；最后，除去累贅的粉末狀便得到所需的二維產品。楊瑞麟機的動態掃描器信號經步進及圣克雷潘后傳達給偏移線圈，雷射束在相關聯的偏移電阻產生的電場促進作用下偏移，達到特異性熔融。經過十多年的研究發現對于一些工藝技術模塊如雷射束電阻、著眼電阻、促進作用天數、粉末狀寬度、快速電阻、掃描器形式展開共軛實驗。促進作用天數對成形負面影響最大。雷射束議席熔融的優勢雷射束直接金屬成形控制技術選用高能量雷射束作為加工熱源，掃描器成形可通過操縱磁偏移線圈展開，沒有機械慣性，且雷射束具有的真空環境還可避免坩堝在液相熱處理或熔融過程中被氧化。 雷射束與雷射相比，具有能量借助率高、促進作用深度大、金屬材料吸收率高、穩定及運行維護成本低等優點。EBM控制技術優點是成形過程效率高，配件變形小，成形過程不需要金屬支撐，微觀組織更致密等 雷射束的偏移著眼控制更加快速、靈敏。雷射的偏移需要使用振鏡，在雷射展開高速路掃描器時振鏡的轉速很高。在雷射功率較大時，振鏡需要更復雜的冷卻系統，而振鏡的重量也顯著增加。因而在使用較大功率掃描器時，雷射的掃描器速率將受到限制。在掃描器較大成形范圍時，雷射的焦距也很難快速的改變。雷射束的偏移和著眼借助電場完成，可以通過改變電信號的強度和方向快速靈敏的控制雷射束的偏移量和著眼寬度。雷射束偏移著眼系統不會被金屬蒸鍍干擾。用雷射和雷射束熔融金屬的時候，金屬蒸汽會彌散在整個成形空間，并在接觸的任何物體表面鍍上金屬薄膜。雷射束偏移著眼都是在電場中完成，因而不會受到金屬蒸鍍的負面影響；雷射器振鏡等光學器件則容易受到蒸鍍污染。雷射束議席熔融的主要問題真空室抽氣過程中粉末狀容易被氣流帶走，造成真空系統的污染；但其存在一個比較特殊的問題即粉末狀潰散現象，其原因是雷射束具有較大動能，當高速路炮擊金屬原子使之加熱、升溫時，電子的部分動能也直接轉化為粉末狀微粒的動能。當粉末狀流動性較好時，粉末狀顆粒會被雷射束推開形成潰散現象。防止炊粉的基本原則是提高粉床的穩定性，克服雷射束的推力，主要有四項措施：降低粉末狀的流動性，對粉末狀展開預熱，對成形底板展開預熱，優化雷射束掃描器形式。因此，粉末狀金屬材料一直很難成為真空雷射束設備的加工對象，工藝技術模塊方面的研究更是鮮有報導。針對粉末狀在雷射束促進作用下容易潰散的現象，提不同粉末狀體系所能承受的雷射束域值電阻（潰散電阻）和雷射束掃描器域值速率（潰散速率）判據，并在此基礎上研究出混合粉末狀； EBM控制技術成形室中必須為高真空，才能保證設備正常工作，這使得EBM控制技術整機復雜度提高。還因在真空度下粉末狀容易揚起而造成系統污染。此外，EBM控制技術需要將系統預熱到800℃以上，使得粉末狀在成形室內預先熱處理固化在一起，高預熱溫度對系統的整體結構提出非常高的要求，加工結束后配件需要在真空成形室中冷卻相當長一段天數，降低了配件的生產效率。雷射束無法比較難像雷射束一樣著眼出細微的光斑因此成形件難以達到較高的尺寸精度。因此，對于精密或有細微結構的功能件，雷射束議席熔融成形控制技術是難以直接鍛造出來的。 雷射束偏移誤差。EBSM系統選用磁偏移線圈產生電場，使電子偏移。由于偏移的非線性以及電場的非均勻性，雷射束在大范圍掃描器時會出現枕形失真。大偏角時的散焦。EBSM系統選用著眼線圈使雷射束著眼。若著眼線圈中的電阻恒定，雷射束的著眼面為球面，而雷射束在正方形上掃描器。因此，雷射束在不偏移時著眼，而在大角度偏移時出現散焦。國內外研究狀況從 2003 年推出第一臺設備 S12 至今，ARCAM 推出了三款成形設備。在新一代成形設備 A1、A2成形設備中，成形配件的最大尺寸和精度都有較大的提高，并且在成形配件的冷卻中同時實現了自動冷卻。在成形和冷卻的過程中在真空室充入一定壓強的氦氣，可以快速成形后的冷卻速率，同時保持更低的氧含量。A1、A2 設備的應用領域也更加明確，A1 主要用來成形骨骼植入物，成形金屬材料也主要為鈦、鈷合金；A2 主要用于成形航天航空領域和國防領域需要的配件，也制作其它領域成形復雜度高的小批量金屬件。ARCAM 選用最新生產的 A1 和 A2 設備，生產了大量精度和強度更加優良的配件，其中借助 A1 生產的合金骨骼早已通過了 CE 認證，迄今在歐洲大陸已經造福超過 10，000 名患者，在 2011 年初也通過了美國 FDA 的認證。借助 A2 生產的航空和國防領域的產品也取得了顯著的成果，除了具有以上所說的表面光滑，可加工復雜形狀，還將原金屬材料到最終產品質量的比率由 15～20 降到了約為 1，大大的降低了成本。美國 NASA Langley Research Center、Sciaky 子公司、Lockheed Martin 子公司等研究單位針對航空航天鈦合金、鋁合金結構開展了大量研究，最大成形速率達到了 3500cm3／h，較之其它的金屬快速成形控制技術，效率提高了數十倍。借助該項控制技術完成了F－22 上鈦合金支座的直接鍛造，該配件成功通過了兩個周期的最大載荷全譜疲勞測試，并未發現永久變形。在國內北京大學機械系獨立的合作開發了雷射束議席熔融設備，在 2004 年推出第一臺雷射束議席熔融成形設備 EBSM150，再于 2008 年升級到第二代設備EBSM250，成形配件最大尺寸增大至 230mm×230mm×250mm。該課題組使用自行合作開發的設備，對雷射束議席熔融工藝技術的多個關鍵問題展開了深入的研究，在近十年的天數內，做了大量研發工作，包括成形控制系統合作開發、粉末狀預熱工藝技術、掃描器路徑規劃、成形件的機械性能等。 |
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