我国成功突破大幅面金属3D打印电子枪阵列扫描技术-金属3D打印工厂

我国成功突破大幅面金属3D打印电子枪阵列扫描技术-金属3D打印工厂插图

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日前,天津清研智束科技有限公司利用我国自主研发的22电子枪阵列,完成了直径400mm钛合金零件的打印,标志着我国在全球率先实现了大幅面电子枪阵列扫描,为进一步实现大尺寸电子束选区熔化(EBSM)技术奠定了坚实的基础。

我国成功突破大幅面金属3D打印电子枪阵列扫描技术

图1  电子枪阵列扫描制备的钛合金零件(直径400mm)

电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting,EBSM) 是一种基于高能电子束的粉末床熔融增材制造技术,可以用于空心、多孔、网格等复杂整体结构的加工制造,实现产品结构轻量化和高性能化。

EBSM技术具有能量效率高、功率大、粉末床温度高、制件内应力低等特点,可实现钛合金、钛铝合金、高温合金、难熔金属等高性能、难加工材料复杂构件的增材制造,且成形效率高、成本低,可以满足规模化量产、应急状态的快速响应制造需求,已经被欧美国家应用于航空航天、医疗器械等行业金属零部件的规模化制造。但EBSM设备和工艺的难度较高,目前只有少数国家掌握,而且都为单电子枪技术,成形幅面小,成形零件尺寸受限,难以满足航空航天大型构件制造的需求。

十三五期间,天津清研智束科技有限公司与清华大学、中科院电工所等单位合作,承担了科技部增材制造与激光制造重点研发计划“大功率、长寿命、多模式电子枪及阵列研制与增材制造中的应用”项目。在项目支持下,突破了国产长寿命、高稳定性电子枪设计制造技术,研制成功配备22电子枪阵列的大幅面EBSM研究验证样机,解决了枪间干扰、扫描拼接、多枪集成等技术难题。经过项目团队的刻苦攻关,在全球首次实现了基于电子枪阵列的大尺寸钛合金零件EBSM成形,使我国在此领域走到了世界前列。

我国成功突破大幅面金属3D打印电子枪阵列扫描技术

图2  配备2×2电子枪阵列的大幅面EBSM研究验证样机(扫描幅面430mmx430mm)

电子枪阵列技术的突破,不仅意味着我国在大尺寸EBSM增材制造技术上取得了关键性的技术进步,而且表明我国已全面掌握了EBSM技术,特别是EBSM工业化应用依赖的高精度、高可靠性电子枪系统实现了自主可控,为EBSM这一高效、高性能的增材制造技术在我国的工业化应用提供了保障。

此次项目的牵头单位——天津清研智束科技有限公司自主研发的3kW单晶阴极电子枪的阴极寿命已达到800小时以上,达到了国际同类产品的水平。同时,为保障电子枪阵列扫描,该公司还研发了电子枪状态监控、电子枪自诊断自恢复以及加工参数实时修正等功能,确保了多枪复杂系统的稳定运行。

清研智束公司成立于2015年,依托清华大学天津高端装备研究院,专注于EBSM技术,已针对科研机构、骨科医疗器械制造企业、航空航天制造企业等客户推出三大系列6个型号国产EBSM设备,在国内外主流企业应用并得到充分认可。其中,QbeamAreo350-700为目前全球最大的商业化EBSM设备,最大成形尺寸达到350mmx350mmx700mm,打印620mm高的零件仅需130小时。

商业化EBSM设备的快速推广以及电子枪阵列技术的突破,标志着清研智束公司在电子束选区熔化金属增材制造技术工业化应用上取得了重要的进展,并逐步建立起了自主可控、自主创新的技术体系,为增材制造技术在我国相关领域的普及应用提供有力保障。

如您希望了解电子束选区熔化技术、了解清研智束更多的产品与服务,请扫描并关注清研智束的微信公众号-清研智束小Q。

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