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南極熊3D打印：電子槍核心器件獲得突破，賽隆推出間熱式鎢陰極電子束金屬3D打印機(jī)

發(fā)布時間：2023年04月20日 09:35:39

南極熊導(dǎo)讀：電子束選區(qū)熔化技術(shù)(SEBM)是一種獨(dú)具特色的金屬增材制造技術(shù)，這種打印技術(shù)具有能量密度高、生產(chǎn)效率快、成形應(yīng)力低、真空環(huán)境無污染等特點(diǎn)，SEBM技術(shù)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(yè)化電子束金屬3D打印機(jī)，并形成批量銷售，西安賽隆采用間熱式陰極原理，結(jié)合SEBM技術(shù)工藝需求開展了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及功能擴(kuò)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(shí)現(xiàn)核心器件的自主可控。

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△SEBM技術(shù)成形的鈦合金骨科植入物（圖片來源西安賽隆）

國內(nèi)外SEBM電子槍發(fā)展歷程

由于設(shè)備的高技術(shù)門檻，國內(nèi)外具備商業(yè)化電子束3D打印設(shè)備制造能力的企業(yè)較少。而電子槍是SEBM設(shè)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(zhì)量和性能。與激光選區(qū)熔化（SLM）裝備的專用激光器不同，目前國內(nèi)外尚無專用電子槍的商業(yè)化產(chǎn)品，各SEBM設(shè)備制造商在研制設(shè)備之前必須首先研發(fā)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(shè)備專用電子槍的研發(fā)力度，并陸續(xù)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(yè)化SEBM設(shè)備使用的電子槍，具有成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，但在大功率下存在壽命短（＜100 h）、束斑直徑大（200-300μm）等缺點(diǎn)。

為了解決該問題，相關(guān)企業(yè)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(yōu)勢，但該材質(zhì)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(hù)成本。對于追求低成本的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)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(shù)發(fā)展的瓶頸。

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△直熱式電子槍結(jié)構(gòu)示意圖

西安賽隆搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設(shè)備

作為國內(nèi)最早開展商業(yè)化SEBM設(shè)備開發(fā)的企業(yè)之一，西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司（西安賽隆）在國際上率先推出了搭載間熱式鎢陰極電子槍的商業(yè)化SEBM設(shè)備。

為了規(guī)避直熱式電子槍的問題，西安賽隆技術(shù)團(tuán)隊(duì)以鎢為陰極材質(zhì)，采用間熱式陰極原理，結(jié)合SEBM技術(shù)工藝需求開展了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及功能擴(kuò)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(shí)現(xiàn)核心器件的自主可控。

據(jù)悉，該間熱式電子槍功率最高可達(dá)6kW，可快速將寬幅面粉床預(yù)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(shí)際使用時間相當(dāng)，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(shí)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。

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△間熱式電子槍的技術(shù)參數(shù)

針對不同的應(yīng)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(guān)設(shè)備已成功實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用鈦合金、鈦鋁、純銅等復(fù)雜零件的高精度、低成本、批量化制造。以T200型SEBM設(shè)備為例，該設(shè)備單爐次(100小時內(nèi))可生產(chǎn)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(nèi)。

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