發(fā)布時(shí)間：2023年04月20日 09:35:39
南極熊導(dǎo)讀：電子束選區(qū)熔化技術(shù)(SEBM)是一種獨(dú)具特色的金屬增材制造技術(shù)，這種打印技術(shù)具有能量密度高、生產(chǎn)效率快、成形應(yīng)力低、真空環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，SEBM技術(shù)尤其適合于鈦及鈦合金、難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮）、脆性材料（鈦鋁合金）以及銅、金等高反射材料的快速成形。
2023年4月20日，南極熊獲悉，西安賽隆率先推出了搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化電子束金屬3D打印機(jī)，并形成批量銷售，西安賽隆采用間熱式陰極原理，結(jié)合SEBM技術(shù)工藝需求開(kāi)展了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及功能擴(kuò)展，研制出了大功率、高精度、長(zhǎng)壽命的低成本間熱式電子槍，并實(shí)現(xiàn)核心器件的自主可控。
△SEBM技術(shù)成形的鈦合金骨科植入物（圖片來(lái)源西安賽隆）
國(guó)內(nèi)外SEBM電子槍發(fā)展歷程
由于設(shè)備的高技術(shù)門檻，國(guó)內(nèi)外具備商業(yè)化電子束3D打印設(shè)備制造能力的企業(yè)較少。而電子槍是SEBM設(shè)備的核心，決定了裝備的成形尺寸、打印精度以及成形零件的質(zhì)量和性能。與激光選區(qū)熔化（SLM）裝備的專用激光器不同，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專用電子槍的商業(yè)化產(chǎn)品，各SEBM設(shè)備制造商在研制設(shè)備之前必須首先研發(fā)出專用電子槍。
近年來(lái)，美國(guó)、中國(guó)、日本、瑞典、英國(guó)等國(guó)家均加大SEBM設(shè)備專用電子槍的研發(fā)力度，并陸續(xù)研制出了以鎢和單晶LaB6為陰極的直熱式電子槍。以鎢為陰極的直熱式電子槍是第一代商業(yè)化SEBM設(shè)備使用的電子槍，具有成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，但在大功率下存在壽命短（＜100 h）、束斑直徑大（200-300μm）等缺點(diǎn)。
為了解決該問(wèn)題，相關(guān)企業(yè)又推出了以LaB6陰極的第二代直熱式電子槍。相對(duì)于鎢陰極，LaB6陰極具有壽命長(zhǎng)（＞500 h）、功率大（6kW）、束斑直徑小（140μm）的優(yōu)勢(shì)，但該材質(zhì)的陰極成本高，單根售價(jià)在10000-15000元之間。此外，LaB6陰極易污染，對(duì)真空度要求較高（10-4 Pa），這也加大了電子槍的使用及維護(hù)成本。對(duì)于追求低成本的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)而言，直熱式的LaB6陰極較為“奢侈”。因此，如何解決電子槍功率、壽命、精度與成本之間的矛盾是制約SEBM裝備及技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
△直熱式電子槍結(jié)構(gòu)示意圖
西安賽隆搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設(shè)備
作為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展商業(yè)化SEBM設(shè)備開(kāi)發(fā)的企業(yè)之一，西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司（西安賽隆）在國(guó)際上率先推出了搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設(shè)備。
為了規(guī)避直熱式電子槍的問(wèn)題，西安賽隆技術(shù)團(tuán)隊(duì)以鎢為陰極材質(zhì)，采用間熱式陰極原理，結(jié)合SEBM技術(shù)工藝需求開(kāi)展了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及功能擴(kuò)展，研制出了大功率、高精度、長(zhǎng)壽命的低成本間熱式電子槍，并實(shí)現(xiàn)核心器件的自主可控。
據(jù)悉，該間熱式電子槍功率最高可達(dá)6kW，可快速將寬幅面粉床預(yù)熱至1300℃并大幅提高了打印效率。電子槍整體陰極組件使用壽命在500小時(shí)以上，與直熱式LaB6陰極的實(shí)際使用時(shí)間相當(dāng)，滿足大尺寸零件或長(zhǎng)時(shí)間堆疊打印的制造需求。通過(guò)改變陰極的截面特性，使得高功率下的束斑直徑可控，可實(shí)現(xiàn)寬幅域下束斑直徑＜100μm的精確掃描，滿足零件高精度的制造要求。電子槍陰極與輔助陰極均采用鎢材質(zhì)，耐造性好，成本不足直熱式LaB6陰極的30%，滿足零件批量低成本的生產(chǎn)需求。
△間熱式電子槍的技術(shù)參數(shù)
針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，西安賽隆已推出不同成形尺寸、搭載不同功率間熱式電子槍的系列化SEBM裝備，如Y150 Plus型(電子槍功率3kW，成形尺寸170×170×180 mm)，T200型 (電子槍功率6kW，成形尺寸200×200×450 mm)，H400型 (電子槍功率6kW，成形尺寸400×400×400 mm)，相關(guān)設(shè)備已成功實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用鈦合金、鈦鋁、純銅等復(fù)雜零件的高精度、低成本、批量化制造。以T200型SEBM設(shè)備為例，該設(shè)備單爐次(100小時(shí)內(nèi))可生產(chǎn)288件鈦合金髖臼杯，多孔部分桿筋成形精度＜0.1mm，單個(gè)髖臼杯制造成本在100元以內(nèi)。
△西安賽隆搭載間熱式電子槍的系列化SEBM設(shè)備
△搭載間熱式電子槍SEBM設(shè)備打印的鈦合金髖臼杯
△搭載間熱式電子槍SEBM設(shè)備打印的高精度鈦合金椎間融合器
△搭載間熱式電子槍SEBM設(shè)備打印的多孔鈦合金表面設(shè)計(jì)圖（左）、成形形貌圖（右）
△搭載間熱式電子槍SEBM設(shè)備打印的鈦鋁葉片出爐圖
西安賽隆在間熱式電子槍的技術(shù)突破，標(biāo)志著我國(guó)在SEBM裝備核心器件上取得了重要的進(jìn)展，并逐步建立起了自主可控、自主創(chuàng)新的技術(shù)體系，為該技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了有力保障。
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