引用論文

Mohan Jiao, Hongyu Long, Buwei Xiao, Xiaoyu Liang, Feng Lin. Electron Beam Powder Bed Fusion Additive Manufacturing: A Comprehensive Review and Its development in China. Additive Manufacturing Frontiers, 2024, 200177.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200177.

文章鏈接：

1研究現(xiàn)狀

隨著增材制造30年間的發(fā)展，中國已經(jīng)成為增材制造設備、應用和出口的主要參與者之一。電子束粉末床熔融 (EB-PBF) 以其低應力和高效率而著稱。自 2004 年清華大學開始 EB-PBF 研究以來，中國實現(xiàn)了 EB-PBF 設備的商業(yè)化，同時也在模擬仿真、電子束與粉末相互作用和難加工材料成形等方面進行了探索。這篇文章綜述30多年來國內(nèi)外在 EB-PBF 技術上的研發(fā)進展，介紹了新技術并對未來的發(fā)展提出了見解。

2研究難點或瓶頸

在過去三十年里，EB-PBF增材制造已經(jīng)成為金屬材料加工成形的重要手段之一，盡管該技術取得了顯著進展，但其仍然面臨下列挑戰(zhàn)：在提高成形精度、擴大成形尺寸、提升表面質量和提高加工穩(wěn)定性上還需要投入更多研究。

3展望

近年來，EB-PBF產(chǎn)業(yè)在科研和商業(yè)應用方面得到了快速發(fā)展。然而，該技術仍然具有進一步發(fā)展和改進的潛力。進一步研究的關鍵領域如下：（1）通過多槍陣列掃描，提高EB-PBF成形尺寸與效率，同時提高可擴展性；（2）提高電子槍的加速電壓，提高束斑精度，延長電子槍壽命；（3）通過引入人工智能和大數(shù)據(jù)等技術提高EB-PBF設備的集成化與智能化，降低制造成本；（4）利用仿真預測模型，將仿真結果與零件性能進行聯(lián)系，加速材料與工藝開發(fā)；（5）開發(fā)用于EB-PBF專用的粉末，并建立粉末復用次數(shù)的標準以保證成形質量；（6）通過更多的理論研究，更深入地理解增材制造零件微觀結構和性能之間的關系（7）探究金屬增減材混合制造的方法，提高成形精度和效率。

4代表性圖片

圖1 電子束粉末床熔融增材制造技術發(fā)展時間線

圖2 電子束粉末床熔融增材制造設備總覽

圖3 清華大學在電子束粉末床熔融增材制造技術研究的里程碑

關于團隊

作者團隊介紹

林峰（通訊作者），清華大學機械工程系長聘教授，AMF期刊副主編。研究方向為增材制造、生物三維打印、重型液壓機、預應力鋼絲纏繞技術等。自1990年代初開始從事快速原型技術的研究，在增材制造（3D打印）技術與裝備研發(fā)領域積累了較豐富的經(jīng)驗及成果。近年來，在電子束粉末床熔融增材制造的裝備開發(fā)、多尺度計算模擬、電子束-激光復合增材制造技術、鎳基高溫合金單晶增材制造制備、液浮粉末床等方面，做出了多項開創(chuàng)性的研究工作。已在國內(nèi)外學術期刊及會議上發(fā)表論文260多篇，總引用超過6000次（來自Google Scholar數(shù)據(jù)）。

梁嘯宇（通訊作者），博士，清華大學機械工程系助理研究員，主要研究方向為粉末床熔融增材制造設備與工藝，開發(fā)了電子束-連續(xù)激光-超快激光復合粉末床增減材制造裝備、液態(tài)金屬輔助激光粉末床熔融裝備等新型裝備，以第一或通訊作者身份在lnternational Journal of Fatigue, Additive Manufacturing, Journal of Alloys and Compounds等期刊上發(fā)表論文十余篇。

團隊研究方向

課題組自2004年起，在中國率先開展了電子束選區(qū)熔化 （EBSM）增材制造技術及裝備的研發(fā)。近年來在增材制造工藝過程多尺度計算模擬、電子束-激光復合粉末床熔融、電子束熔化-切割復合增材制造、增材制造在線檢測技術等方面，做出了開創(chuàng)性的研究工作。

近年團隊發(fā)表文章

[1] D. Wang, D. Zhao, X. Liang, X. Li, F. Lin, Multiple stages of smoking phenomenon in electron beam powder bed fusion process, Additive Manufacturing 66 (2023) 103434. https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103434.

[2] X. Liang, A. Hor, C. Robert, F. Lin, F. Morel, Effects of building direction and loading mode on the high cycle fatigue strength of the laser powder bed fusion 316L, International Journal of Fatigue 170 (2023) 107506. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2023.107506.

[3] Y. Yu, W. Yan, F. Lin, Understanding the formation process of shrinkage pores with a 3D dendrite growth model: from casting to additive manufacturing, Comput Mech 69 (2022) 133–149. https://doi.org/10.1007/s00466-021-02086-2.

[4] Y. Yu, L. Wang, J. Zhou, H. Li, Y. Li, W. Yan, F. Lin, Impact of fluid flow on the dendrite growth and the formation of new grains in additive manufacturing, Additive Manufacturing 55 (2022) 102832. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102832.

[5] X. Liang, A. Hor, C. Robert, M. Salem, F. Lin, F. Morel, High cycle fatigue behavior of 316L steel fabricated by laser powder bed fusion: Effects of surface defect and loading mode, International Journal of Fatigue 160 (2022) 106843. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106843.

[6] Y. Li, X. Liang, Y. Yu, D. Wang, F. Lin, Review on Additive Manufacturing of Single-Crystal Nickel-based Superalloys, Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers 1 (2022) 100019. https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100019.

[7] Y. Li, X. Liang, G. Peng, F. Lin, Effect of heat treatments on the microstructure and mechanical properties of IN738LC prepared by electron beam powder bed fusion, Journal of Alloys and Compounds 918 (2022) 165807. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165807.

[8] H. Li, X. Liang, Y. Li, F. Lin, Performance of High-Layer-Thickness Ti6Al4V Fabricated by Electron Beam Powder Bed Fusion under Different Accelerating Voltage Values, Materials 15 (2022) 1878. https://doi.org/10.3390/ma15051878.

作 者：焦沫涵

責任編輯：李 娜

責任校對： 金 程

審 核： 張 強

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來源：AMF增材制造前沿。

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