電子束金屬3D打印已實現(xiàn)國產(chǎn)替代和超越，未來發(fā)展?jié)摿Υ�,，南極熊實地探訪西安賽隆

導讀：近年來，國內(nèi)的金屬激光3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展,，以鉑力特,、華曙高科、易加三維等為代表的頭部企業(yè)增長迅速,，而在電子束金屬3D打印領域同樣擁有一家國產(chǎn)實力廠商,，那就是由西北有色金屬研究院孵化控股的西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司。

2024年2月,，南極熊實地探訪了西安賽隆,，雖然之前在多個場合關注到賽隆的技術(shù)，但實地探訪工廠依然讓南極熊感到震撼,。西安賽隆深耕金屬3D打印領域多年,，憑借兩大核心技術(shù)走在行業(yè)前列，一項是電子束選區(qū)熔化（SEBM）技術(shù)與裝備,，另外一項是等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉（PREP）技術(shù)與裝備,，同時還提供3D打印復雜金屬構(gòu)件的研發(fā)、生產(chǎn),、銷售,、技術(shù)服務等業(yè)務,。

自研電子槍，深耕電子束選區(qū)熔化設備

與大多數(shù)采用激光作為熱源的金屬3D打印廠商不同,，西安賽隆一直深耕電子束金屬3D打印技術(shù),，作為國內(nèi)最早開展商業(yè)化SEBM設備開發(fā)的企業(yè)之一，西安賽隆在2015年便推出國內(nèi)首臺商業(yè)化SEBM設備并實現(xiàn)多臺銷售,。2023年,，針對電子槍精度、成本,、壽命的瓶頸,，西安賽隆又研制出了行業(yè)獨有的高精度、大功率,、長壽命的低成本間熱式電子槍,，并實現(xiàn)核心器件的自主可控。電子槍最大功率達到10kW, 可快速將寬幅面粉床預熱至1100℃以上并大幅提高了打印效率,；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(xiàn)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,；電子槍陰極與輔助陰極均采用鎢材質(zhì)，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(chǎn)需求。

與此同時,，面向不同的應用場景,，西安推出了搭載不同功率間熱式電子槍的系列化SEBM設備,。設備搭載鈦合金,、難熔金屬及合金、TiAl等脆性難加工材料,、銅及銅合金,、鋯及鋯合金、鎳基高溫合金,、陶瓷/金屬復合材料等多種材料工藝包,。

●Y150 Plus，電子槍功率3kW,，成形精度±0.1mm,，成形尺寸170×170×180mm,；

●T200，電子槍功率6kW,，成形精度±0.2mm,，成形尺寸200×200×450mm；

●H400,，電子槍功率10kW, 成形精度±0.3mm,，成形尺寸400×400×400 mm。

△ 西安賽隆系列化SEBM設備

聚焦醫(yī)療,、汽車,、航空三大應用領域

利用自主知識產(chǎn)權(quán)的SEBM設備，西安賽隆已打造醫(yī)療,、汽車及航空三大應用場景,，尤其是是醫(yī)療和汽車領域，SEBM骨科植入物和純銅感應線圈已在下游多家企業(yè)進行批量應用,。2023年,，西安賽隆“標準化骨小梁髖臼杯批量增材制造”、“汽車用純銅高頻感應線圈批量生產(chǎn)”入選工信部增材制造典型應用場景名單,。南極熊在現(xiàn)場看到,，西安賽隆已建立起SEBM設備裝機量超50臺的3D打印中心，為客戶提供復雜金屬零部件的批量制造,。

在醫(yī)療領域,，SEBM技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低,、真空環(huán)境潔凈度高,、無需熱處理、線切割的優(yōu)勢,。依靠自主知識產(chǎn)權(quán)的設備及工藝,，西安賽隆建立了年產(chǎn)能10萬件的SEBM骨科植入物生產(chǎn)線，主要向醫(yī)療器械公司提供定制化和標準化的骨科植入物毛坯樣,，產(chǎn)品涉及髖臼杯,、膝關節(jié)假體和椎間融合器，材料涉及鈦合金,、鉭及鋯鈮合金,。據(jù)南極熊了解，除了生產(chǎn)周期大幅降低之外,，SEBM批量生產(chǎn)后,，骨科植入物毛坯樣的制造成本要低于傳統(tǒng)機加+噴涂的方法。

△賽隆SEBM骨科植入物生產(chǎn)線

此外，借助公司在原料,、設備,、工藝方面的優(yōu)勢，西安賽隆于2023年7月成功助力武漢邁瑞科技有限公司鈦合金髖臼杯系統(tǒng)獲得國家藥品監(jiān)督管理局頒發(fā)的三類醫(yī)療器械注冊證（注冊證編號：國械注冊20233131002）,，該電子束3D打印髖臼杯的孔結(jié)構(gòu)具有100%三維連通,、高孔隙率、高摩擦系數(shù)以及低粉末殘留的特點,，具有優(yōu)異的骨長入效果,，保證假體植入后的初期穩(wěn)定性，項目從立項到取證僅耗時2年,。據(jù)悉,，這款產(chǎn)品是我國首個采用國產(chǎn)電子束3D打印設備+全流程國產(chǎn)粉末取得三類醫(yī)療器械注冊證的骨科植入假體產(chǎn)品，標志著國產(chǎn)電子束3D打印骨科植入物建立起自主可控,、自主創(chuàng)新的研發(fā),、生產(chǎn)體系。西安賽隆負責人表示,，除了邁瑞之外,，公司還助力多家醫(yī)療器械公司開展SEBM骨科植入物注冊取證工作。

△邁瑞骨科獲批的SEBM鈦合金髖臼杯系統(tǒng)

△賽隆T200型設備,，一次可以打印288個髖臼杯

在汽車領域,，針對汽車零部件感應加熱的技術(shù)需求，西安賽隆研發(fā)出純銅及部分牌號銅合金的成形工藝包,，并開發(fā)出多種規(guī)格的電子束3D打印純銅感應線圈,。相對于傳統(tǒng)感應線圈依靠車、銑,、鉆,、磨切+拼焊的成形方法，電子束3D打印純銅感應線圈具有致密度高（＞99.8%）,、使用壽命長（為傳統(tǒng)工藝的2-3倍）,、導電性能優(yōu)（導電率98%IACS）、制造周期短（單個零件為傳統(tǒng)工藝的1/7）,、硬化效果好等優(yōu)勢,。

南極熊獲悉，目前西安賽隆SEBM技術(shù)打印的純銅感應線圈已在國內(nèi)20余家汽車零部件龍頭企業(yè)的生產(chǎn)線進行驗證及應用,，用戶使用效果優(yōu)異,。

△電子束3D打印純銅感應線圈

在航空航天領域,，針對發(fā)動機鈦鋁葉片制造需求,，西安賽隆專門開發(fā)了T200機型，450mm的打印高度可以堆疊兩層金屬葉片,。西安賽隆負責人表示,，鈦鋁材料如果使用SLM技術(shù)打印,，應力非常大，很容易變形或開裂,，而采用SEBM技術(shù)打印,，預熱溫度甚至可達上千攝氏度，能夠有效降低應力,，保證葉片穩(wěn)定,、高效成型。此外,，在薄壁件,、復雜結(jié)構(gòu)、輕量化減重結(jié)構(gòu),、結(jié)構(gòu)功能一體化等零件的快速設計和制造方面實現(xiàn)了大量應用,。

△電子束3D打印航空發(fā)動機鈦鋁葉片，一次可以打印24件

細粉收得率超70%,，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉技術(shù)

幾年前,，西安賽隆在經(jīng)開區(qū)渭河南岸購置了新的地塊，目前已經(jīng)建成一棟辦公樓和兩棟廠房,，部分已經(jīng)投入使用,。在新廠房內(nèi)，南極熊看到一排排等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉（PREP）設備正在忙碌的生產(chǎn),。

與真空氣霧化制粉設備不同,，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設備尺寸并不大，其制粉原理是等離子體將高速旋轉(zhuǎn)的電極棒端部起弧,、熔化,，利用電極棒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將熔融金屬拋出霧化為細小液滴，霧化的金屬液滴與氣氛環(huán)境熱交換后冷凝成球形粉末,。

負責人告訴南極熊,，目前西安賽隆向行業(yè)內(nèi)提供超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設備，包括用于科研的機型SLPA-D桌面級制粉設備和SLPA-N新一代工業(yè)級制粉設備,。近期,，公司桌面級制粉設備首次進入海外市場，在海外某公司完成裝機,、培訓及試生產(chǎn)工作,，順利交付給客戶。

△西安賽隆桌面級PREP制粉設備海外客戶交付現(xiàn)場

△西安賽隆等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設備

SLPA-D桌面級制粉設備適用高校,、科研院所小批量多品種球形金屬粉末的快速研發(fā),，電極棒工作轉(zhuǎn)速~50000rpm，可實現(xiàn)鈦合金、鋁合金,、高溫合金,、高熵合金、難熔合金,、銅合金等數(shù)百種新材料牌號粉末的快速研制,、開發(fā)和小批量生產(chǎn)。

SLPA-N工業(yè)級制粉設備適合鎳基高溫合金和高強鋼等細粉(15-53μm)批量化生產(chǎn),。集合高轉(zhuǎn)速和批量化優(yōu)勢,，可實現(xiàn)直徑50mm、75mm的電極棒在24000~30000rpm轉(zhuǎn)速下的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),，細粉收得率超過70%,，具有能量密度高、粉末品質(zhì)高等特點,。

△PREP球形金屬粉末表面形貌（左：IN718粉末,，右：Ta粉末）

END

在實地探訪西安賽隆的過程中，南極熊也解答了心中的多個疑惑,，與SLM設備普遍采用進口激光器和振鏡不同,，EBM設備廠商需要自主攻克電子槍核心器件，因此需要面臨更多的挑戰(zhàn)性,。而對于SLM技術(shù)紛紛向米級尺寸和多激光策略方向發(fā)展,，賽隆更希望在單電子槍方案中深耕，下一步計劃開發(fā)通過單電子槍實現(xiàn)650mm成型尺寸的設備,。