中国增材制造30年发展特刊 | 电子束粉末床熔融增材制造：综述及其在中国的发展 丨AMF论文推荐

引用论文

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.

文章链接：

1研究现状

随着增材制造30年间的发展，中国已经成为增材制造设备、应用和出口的主要参与者之一。电子束粉末床熔融 (EB-PBF) 以其低应力和高效率而著称。自 2004 年清华大学开始 EB-PBF 研究以来，中国实现了 EB-PBF 设备的商业化，同时也在模拟仿真、电子束与粉末相互作用和难加工材料成形等方面进行了探索。这篇文章综述30多年来国内外在 EB-PBF 技术上的研发进展，介绍了新技术并对未来的发展提出了见解。

2研究难点或瓶颈

在过去三十年里，EB-PBF增材制造已经成为金属材料加工成形的重要手段之一，尽管该技术取得了显著进展，但其仍然面临下列挑战：在提高成形精度、扩大成形尺寸、提升表面质量和提高加工稳定性上还需要投入更多研究。

3展望

近年来，EB-PBF产业在科研和商业应用方面得到了快速发展。然而，该技术仍然具有进一步发展和改进的潜力。进一步研究的关键领域如下：（1）通过多枪阵列扫描，提高EB-PBF成形尺寸与效率，同时提高可扩展性；（2）提高电子枪的加速电压，提高束斑精度，延长电子枪寿命；（3）通过引入人工智能和大数据等技术提高EB-PBF设备的集成化与智能化，降低制造成本；（4）利用仿真预测模型，将仿真结果与零件性能进行联系，加速材料与工艺开发；（5）开发用于EB-PBF专用的粉末，并建立粉末复用次数的标准以保证成形质量；（6）通过更多的理论研究，更深入地理解增材制造零件微观结构和性能之间的关系（7）探究金属增减材混合制造的方法，提高成形精度和效率。

4代表性图片

图1 电子束粉末床熔融增材制造技术发展时间线

图2 电子束粉末床熔融增材制造设备总览

图3 清华大学在电子束粉末床熔融增材制造技术研究的里程碑

关于团队

作者团队介绍

林峰（通讯作者），清华大学机械工程系长聘教授，AMF期刊副主编。研究方向为增材制造、生物三维打印、重型液压机、预应力钢丝缠绕技术等。自1990年代初开始从事快速原型技术的研究，在增材制造（3D打印）技术与装备研发领域积累了较丰富的经验及成果。近年来，在电子束粉末床熔融增材制造的装备开发、多尺度计算模拟、电子束-激光复合增材制造技术、镍基高温合金单晶增材制造制备、液浮粉末床等方面，做出了多项开创性的研究工作。已在国内外学术期刊及会议上发表论文260多篇，总引用超过6000次（来自Google Scholar数据）。

梁啸宇（通讯作者），博士，清华大学机械工程系助理研究员，主要研究方向为粉末床熔融增材制造设备与工艺，开发了电子束-连续激光-超快激光复合粉末床增减材制造装备、液态金属辅助激光粉末床熔融装备等新型装备，以第一或通讯作者身份在lnternational Journal of Fatigue, Additive Manufacturing, Journal of Alloys and Compounds等期刊上发表论文十余篇。

团队研究方向

课题组自2004年起，在中国率先开展了电子束选区熔化 （EBSM）增材制造技术及装备的研发。近年来在增材制造工艺过程多尺度计算模拟、电子束-激光复合粉末床熔融、电子束熔化-切割复合增材制造、增材制造在线检测技术等方面，做出了开创性的研究工作。

近年团队发表文章

[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

责任编辑：李 娜

责任校对： 金 程

审 核： 张 强

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