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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

                                          發布時間:2023年04月20日 09:35:39

                                          南極熊導讀:電子束選區熔化技術(SEBM)是一種獨具特色的金屬增材制造技術,這種打印技術具有能量密度高、生產效率快、成形應力低、真空環境無污染等特點,SEBM技術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化電子束金屬3D打印機,并形成批量銷售,西安賽隆采用間熱式陰極原理,結合SEBM技術工藝需求開展了結構創新及功能擴展,研制出了大功率、高精度、長壽命的低成本間熱式電子槍,并實現核心器件的自主可控。

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

                                          國內外SEBM電子槍發展歷程

                                          由于設備的高技術門檻,國內外具備商業化電子束3D打印設備制造能力的企業較少。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量和性能。與激光選區熔化(SLM)裝備的專用激光器不同,目前國內外尚無專用電子槍的商業化產品,各SEBM設備制造商在研制設備之前必須首先研發出專用電子槍。

                                          近年來,美國、中國、日本、瑞典、英國等國家均加大SEBM設備專用電子槍的研發力度,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化SEBM設備使用的電子槍,具有成本低、性能穩定等優勢,但在大功率下存在壽命短(<100 h)、束斑直徑大(200-300μm)等缺點。

                                          為了解決該問題,相關企業又推出了以LaB6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(>500 h)、功率大(6kW)、束斑直徑?。?40μm)的優勢,但該材質的陰極成本高,單根售價在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化規模生產而言,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裝備及技術發展的瓶頸。

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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化SEBM設備

                                          作為國內最早開展商業化SEBM設備開發的企業之一,西安賽隆增材技術股份有限公司(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化SEBM設備。

                                          為了規避直熱式電子槍的問題,西安賽隆技術團隊以鎢為陰極材質,采用間熱式陰極原理,結合SEBM技術工藝需求開展了結構創新及功能擴展,研制出了大功率、高精度、長壽命的低成本間熱式電子槍,并實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小時以上,與直熱式LaB6陰極的實際使用時間相當,滿足大尺寸零件或長時間堆疊打印的制造需求。通過改變陰極的截面特性,使得高功率下的束斑直徑可控,可實現寬幅域下束斑直徑<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,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需求。

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                                          △間熱式電子槍的技術參數

                                          針對不同的應用場景,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),相關設備已成功實現了醫用鈦合金、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小時內)可生產288件鈦合金髖臼杯,多孔部分桿筋成形精度<0.1mm,單個髖臼杯制造成本在100元以內。

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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突破,標志著我國在SEBM裝備核心器件上取得了重要的進展,并逐步建立起了自主可控、自主創新的技術體系,為該技術在相關領域的大規模推廣應用提供了有力保障。

                                          來源:南極熊3D打印微信公眾號



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