中文摘要：

快速原型技术正在向快速制造技术发展，特别是金属材料的快速成形将是今后技术发展的热点之一。电子束作为一种高能束流具有能量高、效率高、控制容易、扫描速度快、运行成本低等特点，其真空环境防止了材料的氧化和污染。本课题提出将电子束用于金属材料的快速成形，开发基于电子束重熔沉积的金属零件制造技术。电子束扫描金属粉末层，根据零件截面形状选择性地熔化金属粉末，使之熔化并沉积在已成形工件上，达到分层制造三维实体金属零件的目的。该工艺的特点是电子束高速扫描，可在1秒内扫描3至5次，实现所谓投影式扫描，使加工区域几乎同时受热熔化，同时沉积，以减小热应力和缺陷的产生。另一特点是对重熔沉积区域和加工成形过程进行温度监测，并通过调整电子束的照射和强度以及基底和粉末温度，达到对成形温度的控制。本课题的研究针对钛合金、不锈钢等高强度、高性能的金属零件快速成形，其成果可应用于人工假体植入物、航空航天零部件的制造。

结论摘要：

利用电子束定向输送高密度能量及无机械惯性扫描的特点，开发基于电子束同步选区熔化金属零件直接制造技术。该技术还具有能量利用率高、无反射、吸收率稳定、扫描速度快、真空环境无污染等特点。研究中建立了一套电子束选区熔化成形系统EBSM150－I，包括了铺送粉装置、Z轴升降平台、粉末预热装置、监视及观察装置、电子束扫描系统及真空系统等。研究了不同电子束扫描方案对工艺、材料和成形影响。基于轮廓的增量扫描方式以密集点位控制为特征，实现简单、控制容易、不易吹粉、成形精度较高，但扫描速度较慢（100～200mm/s）；而基于轮廓的矢量扫描方式以扫描速度控制为特征，系统较复杂、易吹粉，但扫描速度高（达200m/s），能够达到投影式扫描效果，可使加工区域几乎同步受热熔化，同步沉积，减小了热应力和缺陷的产生。 针对316L不锈钢和Ti6Al4V钛合金粉末进行了工艺实验，研究了粉末与电子束作用的规律及其组成成分对工艺过程的影响，基本克服了吹粉、聚球等工艺障碍，制备了较复杂的三维零件。制造的316L不锈钢零件拉伸性能最高达600 MPa，精度±0.3mm。研究成果可应用于人工假体植入物、航空航天零部件的制造。