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赛隆汤慧萍:国产粉末床电子束3D打印技术的机遇与挑战

发布日期: 2018/01/31 访问次数:377 分享到:

电子束金属3D打印技术是金属3D打印的主流技术之一,但目前从全球的情况来看,从事这方面技术研究的机构和公司仍少于激光金属3D打印技术。因此,平时我们很少有全面了解该项技术的机会,2018年1月28日,“中国增材制造产业发展渭南高峰论坛”在渭南高新区举办,南极熊获悉,在此次大会上,金属多孔材料国家重点实验室主任、西安赛隆金属材料有限责任公司董事长汤慧萍女士发表主题演讲。全面介绍了粉末床电子束3D打印技术的机遇与挑战,并介绍了赛隆金属在产业化方面的进展。

下文根据汤慧萍女士现场讲话整理:

△金属多孔材料国家重点实验室主任、西安赛隆金属材料有限责任公司董事长汤慧萍女士

粉床电子束增材制造技术与激光类似,也是先铺一层金属粉,然后电子束扫描、打印,跟激光不一样的地方是粉床电子束能够将粉末床进行预热,所以有一个中间预热的过程。还有一个最大的技术特点,跟激光相比,粉床电子束的能量利用率在75%以上,而激光比这低的多。所以在打印高熔点、难熔金属的时候粉床电子束表现出比较独特优势。

粉床电子束是在真空下进行的,所以对活性金属,包括钛、锆更洁净、性能更好,而且预热可以降低成形的应力。金属里头有一类叫金属间化合物,比较脆,用粉床电子束打由于可以预热,可以控制热应力,保证不出现裂纹。粉床电子束成形效率比激光的高,所用的粉末比较粗,粗粉比细粉更便宜,钛合金粉每公斤控制在1000块钱以下,所以成本也相对低一些。

粉床电子束最早是瑞典的Arcam公司开始做的,已经发展到了三大系列的装备。2016年GE公司收购了Arcam70%多的股份,2017年增持到95%的股份,目前正在运作把剩余5%股份也把它收购。GE一开始就跟Arcam公司合作做钛铝叶片的3D打印,现在已经是能够在2024年有一个很大的计划。另外Rolls-Royce公司在SEBM制备钛合金叶片、镍基合金单晶叶片方面都非常出色。

我国SEBM的研究晚于瑞典Arcam。2004年清华大学申请了第一个粉床电子束装备的专利,2007年西北有色金属研究院和清华大学合作制作了第一台打印钛合金的粉末床电子束设备,2011年西北有色金属研究院院采购了两台Arcam的设备,这些研究工作发表了一些相关的论文。在医疗植入物方面,我们在临床已经有300多例应用,另外在航空航天领域用的钛合金3D打印部件也非常多,包括一些内流道的复杂零件和一些多孔零件。

我国SEBM的研究晚于瑞典Arcam。2004年清华大学申请了第一个粉床电子束装备的专利,2007年西北有色金属研究院和清华大学合作制作了第一台打印钛合金的粉末床电子束设备,2011年西北有色金属研究院采购了两台Arcam的设备,这些研究工作发表了一些相关的论文。在医疗植入物方面,我们在临床已经有300多例应用,另外在航空航天领域用的钛合金3D打印部件也非常多,包括一些内流道的复杂零件和一些多孔零件。

2013年将这个技术进行转化,注册了西安赛隆金属材料有限责任公司,从粉末原料到3D打印装备,到最终3D打印服务,成为了一个全产业链服务模式。

2015年赛隆公司推出国家第一台开源的SEBM商业化装备,因为是开源的可以调整很多工艺,适应我们开发不同材料的要求。目前赛隆已经卖出了三台粉末床电子束装备,而且通过用户验收,用户使用情况也非常好。

除了粉末床电子束3D打印机之外,赛隆还研发了等离子旋转电极雾化制粉设备,目前已经交付了三台旋转电极雾化制粉装备。

我们国家的粉末床电子束方面和国外没有代差,还是非常有机会的,但是国内电子枪、电源这些备件有一定差距,所以后面我们还有很多工作需要去做,来满足我们自己想做的零件的要求。