西安賽隆金屬趙培：粉床電子束3D打印技術(shù)進展與應(yīng)用

2019年9月19-21日,，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打�,。┛萍紕�(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打印）領(lǐng)域成果及人才,，促進行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合,。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體,，到西安現(xiàn)場全程報道,。

2019年9月 20 日“增材制造工藝與裝備論壇”，西安賽隆金屬材料有限責(zé)任公司粉床電子束3D打印裝備研發(fā)經(jīng)理趙培做了主題是《粉床電子束3D打印技術(shù)進展與應(yīng)用》的報告,。



下面是現(xiàn)場速記：



各位來賓大家下午好,！我來自西安賽隆金屬材料有限責(zé)任公司，是我公司粉床電子束3D打印設(shè)備研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人,，我今天非常高興跟大家溝通一下粉床電子束3D打印技術(shù)進展及應(yīng)用方面的工作,。



一、粉床電子束增材制造技術(shù)


粉床電子束3D打印技術(shù)在增材制造大的分類當(dāng)中屬于粉末床熔融的分支,，與該技術(shù)最接近的是大家目前相對熟悉的激光選區(qū)熔化,，這兩種技術(shù)有它的共同點，都是通過粉床鋪粉逐層成形,，兩者的區(qū)別是熱源不同,，工作環(huán)境不同，工藝也不盡相同,。粉床電子束選區(qū)熔化是通過電子槍發(fā)射高能電子束束流來實現(xiàn)的,，它的成形工藝分為四個部分，粉床鋪粉,、粉床預(yù)熱,、平臺下降、選區(qū)熔化,，在初始層還需要對基板進行加熱,，根據(jù)材料的不同基板設(shè)置的溫度也不同。



粉床電子束3D打印技術(shù)特點,，首先是在打印過程中具有粉床預(yù)熱的功能,，避免工藝過程中出現(xiàn)粉末揚起的現(xiàn)象，正是因為有了預(yù)熱,，也帶來了在打印零件過程中消除零件部分應(yīng)力的效果,，預(yù)熱溫度最高可達1100℃，這種均勻預(yù)熱得益于電子束高速偏轉(zhuǎn)能力,，高速電磁偏轉(zhuǎn)器,，電子束偏轉(zhuǎn)速度可達8000m/s。第二個特點是電子束這種熱源具有高能量轉(zhuǎn)化率和高能量吸收率的特點,，該技術(shù)更適合于成形高溫難熔的材料,。第三個特點，預(yù)熱的工藝環(huán)節(jié)導(dǎo)致它在選區(qū)熔化的過程中,，未熔融的部分是預(yù)燒結(jié)的粉末,，這種粉末有一定的強度，可以代替部分支撐，在不加支撐的情況下,，電子束選區(qū)熔化技術(shù)成形的零件具有較好的異形孔,、橫孔形狀再現(xiàn)性能，更適合于加工一些復(fù)雜內(nèi)流道及無序多孔結(jié)構(gòu),。第四個特點,，因為預(yù)熱過程可以降低粉床、基板,、零件之間的溫度梯度,，零件不需要過多的支撐，同時與基板的結(jié)合也比較弱,，可以避免在打印完成后分離零件基板的過程中造成的二次污染,，這是它的幾個特點。



當(dāng)然有優(yōu)勢就有劣勢,，電子束3D打印的技術(shù)受限于目前電子束斑直徑的尺寸,，所以成形零件尺寸精度較差，表面粗糙度較高,，這是比較明顯的劣勢,。同時完成打印后需要等待零件冷卻至室溫才能取出設(shè)備，也會影響整體的打印效率,，這是它的一些問題,。



二、西安賽隆SEBM裝備及技術(shù)進展


西安賽隆金屬材料有限責(zé)任公司是西北有色金屬研究院控股的高新技術(shù)企業(yè),，專業(yè)從事3D打印稀有金屬粉末、等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉裝備,、粉床電子束3D打印裝備與復(fù)雜零件的研發(fā),、生產(chǎn)和銷售，建成了國內(nèi)最大的3D打印稀有金屬粉末生產(chǎn)線和粉床電子束3D打印生產(chǎn)線,。研制出了國產(chǎn)首臺商業(yè)化粉床電子束3D打印機,，開發(fā)出了S200、Y150兩種型號,。在國產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上,，成功打印出了TC4、TiAl,、,、IN718、Ta,、Nb和W等復(fù)雜構(gòu)件,，部分構(gòu)件已經(jīng)在航空航天等型號上獲得了應(yīng)用。在3D打印方面共申請專利94余項（37項已授權(quán)），牽頭制定國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項,、參與制定11項,。



三、SEBM技術(shù)的應(yīng)用

公司在生物醫(yī)療領(lǐng)域主要針對多孔鉭成形工藝進行了系統(tǒng)的研發(fā)工作,。多孔鉭具有高孔隙率,、低彈性模量、高摩擦系數(shù),、優(yōu)異的生物相容性及軟骨傳導(dǎo)性等特征,，是理想的骨科植入材料，但該金屬熔點高（2996℃）,、抗變形力低,，在3D打印的成形過程中致密化非常困難，我們通過優(yōu)化掃描策略,、掃描間距,、掃描速度、底板溫度等核心工藝參數(shù),，不斷的提高材料致密度及多孔結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,，最終零件致密度達到了96%以上，各項力學(xué)性能滿足了醫(yī)療植入體的需求,。工藝固化后的多孔鉭樣件具有90彎曲無裂紋,，壓縮不斷裂的優(yōu)秀特質(zhì)。目前已經(jīng)完成了16例42件鉭植入體的打印,，并且實現(xiàn)了打印零件48小時的快速響應(yīng),。

在航空航天領(lǐng)域，重點開展了TiAl基合金,、Nb合金及W,、Mo合金的粉床電子束3D打印工藝開發(fā)，其中TiAl基合金通過開發(fā)成形溫度閉環(huán)控制技術(shù),，已實現(xiàn)了該種材料復(fù)雜零件的穩(wěn)定成形,，樣件致密度大于98%，材料無明顯氧增量,，X光無損檢測無可見缺陷,，強度大于500MPa。

小結(jié),，我們認(rèn)為借助SEBM這種技術(shù),，進一步提高預(yù)熱溫度，優(yōu)化成形工藝,，可實現(xiàn)脆性,、難熔金屬材料的高品質(zhì)打印,。國產(chǎn)開源的SEBM裝備在打印精度、成形效率及穩(wěn)定性上的不斷提升,，將助推更多新材料,、新結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的開發(fā)。



謝謝大家,！