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国内首创:智束科技发布开源电子束选区熔化金属3D打印机

导读: 1月5日,2018新年伊始,天津清研智束科技有限公司发布了其最新一代开源电子束金属3D打印机QbeamLab。

1月5日,2018新年伊始,天津清研智束科技有限公司(以下简称:智束科技)发布了其最新一代开源电子束金属3D打印机QbeamLab。

发布会在清华大学天津高端装备研究院419会议室举行,3D打印上下游产业的专家学者、企业家及媒体共计百余人参加了发布会。清华大学教授、智束科技首席科学家林峰,清华大学天津高端装备研究院常务副院长何永勇,天津市东丽区科委主任、华明高新区管委会主任傅晟,工信部国家增材制造产业联盟常务秘书李方正等出席发布会并致辞。

与会嘉宾致辞

电子束选区熔化(EBSM)金属3D打印采用电子束作为能量源,在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高,EBSM技术具有制件致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、粉末耗材价格低、打印效率高等特点,在金属材料特别是难熔难加工金属材料的3D打印方面具备独特优势和应用价值,在骨科医疗、航空航天等领域应用广泛。例如:包括爱康医疗在内的国内外多家医疗器械公司采用EBSM制造髋关节、椎体等骨科植入体,成功取得FDA、CFDA医疗注册证书。GE公司采用EBSM技术批量化制造钛铝合金低压涡轮叶片,制造成本与精密铸造接近,重量减轻30%,将最终代替所有铸造叶片,安装于最新款的航空发动机中。

会议现场

在很长一段时期,EBSM技术的研究与应用绝大部分均基于金属设备和平台,国产自主装备处于空白。智束科技以实现国产高性能EBSM装备产业化为己任,朝着这一金属3D打印技术高峰发起冲击。早在2004年,以清华大学林峰教授为带头人的技术团队即开始瞄准EBSM技术,成功开发了国内首台实验系统EBSM-150,并获得国家发明专利。2015年,十余年的技术成果进行转化,成立智束科技并完成千万元融资。今天,历经多年研发,性能全面提升,在国内率先推出开源电子束金属3D打印机QbeamLab。

智束科技目前获得清华大学授权使用专利4项、获国家授权发明专利2项、实用新型专利7项、软件著作权2项,承担国家重点研发计划项目2项,承担天津市科技支撑计划1项,是国家增材制造产业联盟理事单位,入选天津市东丽区创新创业领军人才计划。

相关专利

智束科技此次发布的电子束金属3D打印机具有六大特点:核心软件自主化、关键部件自主化、模块化可定制、工艺参数开源、自诊断自恢复、长时间稳定可靠。主要技术参数如下:最大成形尺寸200*200*240 mm3,精度±0.2mm,电子束最大功率3kW,电子束加速电压60kV,电子束流0-50mA,阴极类型为钨灯丝直热式,最小束斑直径200μm,电子束最大跳转速度10,000m/s,极限真空10-2Pa,氦气分压0.05-1.0Pa可调,采用网格扫描法加热粉床,粉床表面温度可达1100℃,采用主动式冷却块进行零件冷却,采用光学相机进行工艺监控。

参观QbeamLab电子束3D打印设备

智束科技发布了2款与电子束金属3D打印机配套使用的自主核心软件,一是切片软件GMslicer,软件具备自动布局排样功能,采用高效并行算法进行切片,可输出包括CLI在内的多种层片格式。二是工艺控制软件MetaBuild,该控制软件同时兼容CLI层片文件和STL三维模型文件;对7组共计百余项工艺参数开源,允许用户编程;所有模型的工艺参数包可分别指定,提高工艺优化效率,方便用户进行新材料开发。智束科技希望通过开源的打印设备与用户一起开发更多的新材料,打开3D打印更多的可能性。

QbeamLab电子束3D打印设备

QbeamLab电子束3D打印设备的送铺粉装置实现模块化、可定制,模块化设计的送铺粉装置可快速从真空室中整体拆装,每个模块的成形范围可定制,用户可以根据需要选择;模块化的送铺粉装置使得粉末清理更换更加高效,同时也为未来的连续化高效生产解决方案提供了接口。送铺粉装置采用主动式供粉专利技术,不依赖粉末流动性,具备更高的材料兼容性和可靠性,并且大大减少启动打印的粉末量。

QbeamLab电子束3D打印设备搭载的电子束源最大功率3kW,加速电压60kV。采用自主设计开发的聚焦扫描光学系统和高速线圈驱动器,最大跳转速度达10km/s,通过分时控制,可实现100束以上的分束扫描。

为解决粉床加热问题,QbeamLab设备采用网格扫描加热(GridHeat)专利技术,粉床的温度场更加均匀,热应力更低,可以最大限度地避免热应力导致的零件变形翘曲。

智束科技还在QbeamLab设备上搭载了基于机器视觉的电子束自动校准系统。在机器维护中,需要进行电子束校准以保持打印精度,经过校准后,电子束可以在大幅面扫描中动态聚焦。手动校准的数小时缩短至自动校准的数分钟,经过培训后用户可自行完成。

QbeamLab设备同时还搭载了增材制造在线监控模块AMonitor,该模块采用高分辨率相机逐层记录打印层片,分辨率达0.05mm,实现缺陷诊断和质量检查。

QbeamLab设备打印的Ti6Al4V样件

智束科技同时发布了和设备配套的两种Ti6Al4V材料,粒径范围45-105μm,一种采用旋转电极法制造,另一种采用电极感应气雾化法制造,以满足不同用户的需求。经过X射线断层扫描检测,QbeamLab设备打印的Ti6Al4V零件致密度达99.96%,这正是得益于电子束的高功率密度和高能量吸收率。基于QbeamLab打印平台,智束科技已经测试了316L不锈钢、TA15钛合金、钛铝金属间化合物、铝青铜、硬质合金等材料,将择机发布。

现场签约

QbeamLab设备刚刚推出已经在2017年获得4个订单,包括中船重工集团、天津职业大学等知名企业和职业院校。值得一提的是,产品推出首年就获得某海外知名企业订单,成功实现国产高端金属3D打印机的出口。发布会上,部分订单方如陕西恒通智能机器有限公司、湖南伊澍智能制造有限公司进行了签约。

2018新的一年,智束科技将不忘初心,砥砺前行,致力于成为国际一流的高能束金属3D打印装备及工艺集成解决方案的提供商。

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