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南極熊3D打?。弘娮訕尯诵钠骷@得突破,賽隆推出間熱式鎢陰極電子束金屬3D打印機

發(fā)布時(shí)間:2023年04月20日 09:35:39

南極熊導讀:電子束選區熔化技術(shù)(SEBM)是一種獨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,并形成批量銷(xiāo)售,西安賽隆采用間熱式陰極原理,結合SEBM技術(shù)工藝需求開(kāi)展了結構創(chuàng )新及功能擴展,研制出了大功率、高精度、長(cháng)壽命的低成本間熱式電子槍?zhuān)?shí)現核心器件的自主可控。

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△SEBM技術(shù)成形的鈦合金骨科植入物(圖片來(lái)源西安賽?。?/span>

國內外SEBM電子槍發(fā)展歷程

由于設備的高技術(shù)門(mén)檻,國內外具備商業(yè)化電子束3D打印設備制造能力的企業(yè)較少。而電子槍是SEBM設備的核心,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。與激光選區熔化(SLM)裝備的專(zhuān)用激光器不同,目前國內外尚無(wú)專(zhuān)用電子槍的商業(yè)化產(chǎn)品,各SEBM設備制造商在研制設備之前必須首先研發(fā)出專(zhuān)用電子槍。

近年來(lái),美國、中國、日本、瑞典、英國等國家均加大SEBM設備專(zhuān)用電子槍的研發(fā)力度,并陸續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設備使用的電子槍?zhuān)哂谐杀镜?、性能穩定等優(yōu)勢,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L(fǎng)aB6陰極的第二代直熱式電子槍。相對于鎢陰極,LaB6陰極具有壽命長(cháng)(>500 h)、功率大(6kW)、束斑直徑?。?40μm)的優(yōu)勢,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,對真空度要求較高(10-4 Pa),這也加大了電子槍的使用及維護成本。對于追求低成本的工業(yè)化規模生產(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。

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△直熱式電子槍結構示意圖

西安賽隆搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設備

作為國內最早開(kāi)展商業(yè)化SEBM設備開(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?。┰趪H上率先推出了搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設備。

為了規避直熱式電子槍的問(wèn)題,西安賽隆技術(shù)團隊以鎢為陰極材質(zhì),采用間熱式陰極原理,結合SEBM技術(shù)工藝需求開(kāi)展了結構創(chuàng )新及功能擴展,研制出了大功率、高精度、長(cháng)壽命的低成本間熱式電子槍?zhuān)?shí)現核心器件的自主可控。

據悉,該間熱式電子槍功率最高可達6kW,可快速將寬幅面粉床預熱至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,滿(mǎn)足大尺寸零件或長(cháng)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)現寬幅域下束斑直徑<100μm的精確掃描,滿(mǎn)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(mǎn)足零件批量低成本的生產(chǎn)需求。

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△間熱式電子槍的技術(shù)參數

針對不同的應用場(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)設備已成功實(shí)現了醫用鈦合金、鈦鋁、純銅等復雜零件的高精度、低成本、批量化制造。以T200型SEBM設備為例,該設備單爐次(100小時(shí)內)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?xún)取?/p>

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△西安賽隆搭載間熱式電子槍的系列化SEBM設備

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△搭載間熱式電子槍SEBM設備打印的鈦合金髖臼杯

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△搭載間熱式電子槍SEBM設備打印的高精度鈦合金椎間融合器

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△搭載間熱式電子槍SEBM設備打印的多孔鈦合金表面設計圖(左)、成形形貌圖(右)

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△搭載間熱式電子槍SEBM設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,標志著(zhù)我國在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)域的大規模推廣應用提供了有力保障。

來(lái)源:南極熊3D打印微信公眾號



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