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电子束选区熔化金属3D打印技术(EBSM)解析

电子束金属3D打印技术一直掌握在Arcam AB等国外企业手中,而如今中国的3D打印企业正在奋起直追,源自清华机械系的电子束金属3D打印专家——智束科技正在朝着这个方向发起冲击。据悉,在未来几个月之内,智束科技将发布国内首台铺粉式电子束选区熔化(EBSM)的金属3D打印机,与选择性激光熔融(SLM)金属3D打印相比,EBSM具有打印速度更快,功率更高,可以打印难熔金属等优点。

下面3分钟带您看明白电子束选区熔化(EBSM),这可能是史上最清楚介绍电子束选区熔化技术特点的视频。视频中不但解释了EBSM的技术原理,而且透露了智束科技自主研发的商用电子束选区熔化装备的产品特点。

EBSM装备最重要的两个部分包括:真空室、电子枪。电子枪包括阴极、阳极和聚焦扫描系统;粉末料斗、铺粉器、成形平台等都安装在真空室中,3D打印过程在高真空环境保护下进行。

开始工作前,先将金属粉末材料添加在料斗中(可以使用316L不锈钢,铜合金,钛及钛合金,钛铝金属间化合物,镍基高温合金,钽合金、钨合金等高熔点材料)

智束科技创新地将送铺粉机构设计成可更换的模块,一个真空室可配套多个送铺粉模块,方便更换粉末,还能大大缩短两次打印之间的准备时间、提高生产效率。送铺粉模块的最大成形尺寸可达200mm*200mm*240mm,并且可定制。

粉末从料斗供给到铺粉平台,然后铺展成粉末薄层。智束科技采用主动式送粉专利技术,避免粉末流动性不足对铺粉的影响。配合粉末分配量检测技术,实现十分可靠的铺粉。

每铺设完一层粉末,大功率的电子束都会对粉末床进行预热。图中粉床中间颜色更深的区域就是粉床预热区域,在大功率电子束(最大功率达3KW)的扫描下,这个区域内的粉末可以被加热到500-1000℃。

智束科技发明的网格式扫描预热(GridHeating)专利技术,能够有效提升粉床温度场的均匀性,进一步改善“吹粉”(Powder smoke)现象,增强工艺稳定性。

粉床预热后,电子束再熔化模型截面内的粉末,使之凝固、沉积形成零件截面。得益于材料对电子束能量的高吸收率和无机械惯性的电子束高速扫描,截面内的粉末能够被充分熔化、形成冶金结合,而且截面成形所需要的时间更短。

由于电子束能量极易被材料吸收且不受材料种类的影响,因而适用于更广泛的材料;高速扫描的电子束作用于粉末层,粉末的熔化、凝固是一个比眨眼还快1000倍的复杂过程。视频中展示了清华大学金属3D打印团队在微米和微秒介观尺度上对这一过程计算模拟的动画,直观地揭示出粉末层在扫描电子束作用下吸热、熔化、流动、浸润、凝固、沉积的过程。计算模拟研究手段将为开发不同材料的3D打印工艺提供指导,缩短新材料新工艺的研发周期。

粉床预热、轮廓成形、截面成形

以上三个截图分别展示了智束科技QbeamLab电子束3D打印设备的粉床预热、轮廓成形、截面成形等3个步骤。轮廓成形采用了智束科技自主研发的电子束多点熔化技术,也就是说电子束施展“分身大法”,通过超过10km/s的“瞬移”,可以形成超过100个的分束,在粉床上同时加热100多个熔池。多点熔化技术不但可以提高效率,还可以改善表面质量。

金属零件打印完成

零件被包裹在预热过的粉床中

在专用后处理设备中,去除零件周围的粉末

打印完成后,零件被包裹在预热过的、轻微烧结的粉床中,通过专用设备去除周围粉末,得到最终的打印制件。预热过的粉末可以回收再利用。对于Ti6Al4V材料,零件包裹在高温的粉床中,替代了退火后处理,制件残余应力低,取出后即可使用;高温粉床还能降低脆性材料在 3D打印过程中的热应力,避免在打印过程中的开裂。

作为国内最早开展电子束金属3D打印技术研究和成果转化的团队,智束科技在已装机使用的多台设备的基础上,更新换代推出最新的针对材料研发和小批量生产的QbeamLab产品,在强调系统的开放性和易用性外,稳定性和可靠性大幅提升,已经实现多个零部件的连续、无故障打印成形。

智束科技致力于开发自主知识产权的电子束3D打印技术与装备,提高国产装备的可靠性、稳定性和成形质量,促进电子束3D打印技术在钛合金、铜合金、金属间化合物、高熔点金属、难加工材料等不同材料成形制造上的应用。

从事电子束金属3D打印的厂家数量并不多,智束科技将率先发布铺粉电子束设备。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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