2.7　电子束熔覆成型（EBFF）

电子束熔覆成型（electron beam freeform fabrication，EBFF）是一种定向能量沉积式增材制造工艺。这种打印机工作时，电子束聚焦于基板上，形成小熔池，熔化同步送入的金属丝，电子束因扫描运动而离开熔化点后，熔化的金属沉积、覆盖于基板上，然后电子束在基板的下一个位置形成小熔池，继续熔化金属丝，逐步形成一条条所需的熔覆迹线和截面图形，直至金属构件成型完毕。图2-60为同步送丝电子束熔覆式打印机原理。

图2-60　同步送丝电子束熔覆式打印机原理

电子束熔覆成型具有能量功率高（几千瓦）、能量密度高（光斑直径<0.1μm）、扫描速度快、对焦方便和加工材料广等优点。电子束熔覆成型工艺能成型各种可焊接的合金构件，特别是宇航用高反射率合金（如铝合金、铜合金和钛合金）构件。这种工艺的材料利用率几乎可达100%，能源利用率接近95%；可以用高于2500cm3/h的体积成型率沉积金属构件的大块金属部分，用较低的体积成型率沉积同一构件的精细部分，其效率仅取决于定位精度和送丝速率。

图2-61为电子束熔覆成型的金属构件，这些构件通过最终的机械加工后可达到期望的表面粗糙度和加工精度。

图2-61　电子束熔覆成型的金属构件

研究人员对2219铝合金材料进行成型试验后指出，X-Y面上的运动速度、送丝速率和电子束功率是影响成型件形状和微观结构的最重要参数。低运动速度将导致不均匀微观结构和大晶粒。提高运动速度会使沉积层的宽度和高度减小，使冷却速度更快，从而产生较均匀的微观结构和较小的等轴晶粒。提高送丝速率会导致沉积宽度变窄和沉积高度增加。在较高的送丝速率下，冷却速度也较快，会产生均匀的细等轴晶粒结构。用EBFF工艺成型的2219铝合金构件的拉伸强度处于完全退火铝板与固溶体处理后直接自然时效铝板的拉伸强度之间。