1. 设备原理和参数对比
SLM和EBM设备都是以高能束流为热源，根据CAD分层数据选择性的扫描熔化粉床上的金属粉末，逐层累计叠加形成金属零件。SLM和EBM设备的技术特点如表1所示，其差异主要有三方面：（1）热源不同，SLM采用激光为热源和EBM采用电子束作为热源。金属材料对激光都存在不同程度反射，因此SLM对能量的利用率不及EBM，但是SLM的束斑相对于EBM更小一些，更有利于成形精细的零件特征和复杂的零件形状。EBM能量利于高，更有利于制造高导热金属、高温合金、高熔点金属零件，如紫铜、Inconel 700、钼合金等。（2）成形工作环境不同，SLM技术在惰性气体条件下熔化成形，EBM技术在真空条件下熔化成形，相比较EBM技术更有利于避免零件加工过程的氧化和增氧；（3）工作成形热温度不同，SLM最多可预热温度300℃，EBM技术可采用电子束扫描对每一层金属粉末扫描预热，使零件在600～1200℃范围内加工成形，可大幅减小成形零件的残余应力
表1 EOS M280和Arcam A2X 设备特点对比
| 对比项目 | SLM（EOS） | EBM（Arcam） |
| 工作热源 | 激光 | 电子束 |
| 工作环境 | 惰性气体保护 | 真空（<10-2Pa） |
| 束斑直径 | ～0.1mm | 0.1～2mm |
| 预热温度 | 小于300℃ | 小于1200℃ |
| 金属粉末粒径 | 10～50um | 50～120um |
| 铺粉层厚度 | 50～100um | 100～um |
| 沉积速度 | 20 cm3/hr | 60cm3/hr |
| 零件制造成本 | 两者基本相当 | |
| 设备价格 | 低 | 高 |
图1 SLM设备与EBM设备代表
2. 成形零件及工艺特点对比
由于设备工作原理的不同，造成所制造出零件特征也有明显得的差异，具体如表2所示。总体上比较，SLM技术制造的零件具有更好的表面质量和更准确的结构细微特征，非常适合磨具制造领域的应用，但是在某些医疗植入领域，表面粗糙的EBM零件更受欢迎。另外，EBM零件变形和应力开裂的情况更少一些。
表2 SLM与EBM技术成形零件外观参数对比
| 项目 | SLM | EBM |
| 表面质量 | 光洁度可达Ra 9～12 μm, 上表面和竖直方向表面光洁度高，下表面光洁度粗； | 光洁度可达Ra 25～35 μm ，上表面光洁度高，下表面和竖直方向表面光洁度粗； |
| 残余应力 | 较高 | 较低 |
| 热处理需求 | 必须做去应力退火,热等静压（HIP）更优； | 不需要做去应力退火, 热等静压可选做； |
| 化学成分变化 | Ar气保护，可生产TC4ELI, 化学元素烧损少； | 真空条件成形制造, Al、Mg等低熔点元素有烧损，在粉末原材料中可弥补烧损； |
| 支撑设计 | 底部和小于45°斜面都需要加支撑，支撑数量多； | 底部水平、水平面或者易于发生过热的区域加支撑，支撑数量少； |
| 最小壁厚 | 0.3-0.5mm | 0.6-1.0mm |
| 最小孔径 | 竖直方向>ø0.5mm；水平方向 ˂ ø8mm； | 能够制造孔尺寸ø 0.5～2.0mm ，但是清除粉末的难度比较大； |
| 腔体结构 | 最小壁厚0.3～0.5mm, 必须留孔清理粉末； | 最小壁厚0.6～1.0mm ，清除粉末困难； |
| 加工余量 | 0.1～0.5mm，较小； | 0.5～2.0mm，较大； |
| 缝隙结构 | >0.15mm | >0.1mm,需要考虑粉末清理； |
图2 SLM零件与EBM零件外观
3. 金属组织和力学性能对比
SLM与EBM相比，SLM成形过程在较低温度下进行，熔池冷却速度快，更容易形成马氏体等的快冷组织，EBM生产过程通常在退火温度以上进行，熔池冷却速度缓慢。美国Morris Technologies公司进行了Ti-6Al-4V材料SLM和EBM对比生产试验，如图3 是对比试验SLM与EBM零件金相组织对比，左边图中基本都是很细的针状马氏体，右边图中有大量针状α相，由此可以看出SLM和EBM零件的金属组织存在明显得差异。金属组织的差异必然也会引起零件力学性能的不同，如表3是对比试验试样拉伸试验性能数据，可以看出，SLM试样的强度无论是水平方向还是竖直方向都比EBM试样高，塑性都EBM要低。但是两种工艺形成的试样经过热等静压后组织基本一致，力学性能也差不多。
图3 SLM与EBM零件金相组织对比
表3 Ti-6Al-4V多孔合金EBM工艺与SLM工艺拉伸力学性能对比
| EBM | 成形零件 | HIP | ||
| 方向 | 水平 | 竖直 | 水平 | 竖直 |
| 屈服强度/Mpa | 133.7 | 129.8 | 123 | 121.9 |
| 抗拉强度/Mpa | 145.8 | 144.1 | 137.2 | 137.1 |
| 延伸率/% | 12.3 | 13.5 | 13.2 | 13.9 |
| SLM | 成形零件 | HIP | ||
| 方向 | 水平 | 竖直 | 水平 | 竖直 |
| 屈服强度/Mpa | 162.1 | 161.3 | 129.1 | 118.2 |
| 抗拉强度/Mpa | 171.3 | 171.3 | 144.3 | 140 |
| 延伸率/% | 7.9 | 8.2 | 11.3 | 11.9 |
4. 结论
从以上对比分析中可知，目前两种工艺各有各的特点和优势，分别可应用在不同的领域。SLM在零件细节特征和复杂程度方面更具有优势，而EBM在控制零件残余应力方面好于SLM，而且EBM技术生产零件可以不进行热处理。
源自《中国增材制造》
上一页: 航空发动机哪家最烧钱-印度
