日前，天津清研智束科技有限公司利用我國自主研發(fā)的2?2電子槍陣列，完成了直徑400mm鈦合金零件的打印，標志著我國在全球率先實現(xiàn)了大幅面電子槍陣列掃描，為進一步實現(xiàn)大尺寸電子束選區(qū)熔化（EBSM）技術奠定了堅實的基礎。

圖1 電子槍陣列掃描制備的鈦合金零件（直徑400mm）

電子束選區(qū)熔化(Electron Beam Selective Melting，EBSM) 是一種基于高能電子束的粉末床熔融增材制造技術，可以用于空心、多孔、網(wǎng)格等復雜整體結構的加工制造，實現(xiàn)產(chǎn)品結構輕量化和高性能化。

EBSM技術具有能量效率高、功率大、粉末床溫度高、制件內(nèi)應力低等特點，可實現(xiàn)鈦合金、鈦鋁合金、高溫合金、難熔金屬等高性能、難加工材料復雜構件的增材制造，且成形效率高、成本低，可以滿足規(guī)?；慨a(chǎn)、應急狀態(tài)的快速響應制造需求，已經(jīng)被歐美國家應用于航空航天、醫(yī)療器械等行業(yè)金屬零部件的規(guī)?；圃?。但EBSM設備和工藝的難度較高，目前只有少數(shù)國家掌握，而且都為單電子槍技術，成形幅面小，成形零件尺寸受限，難以滿足航空航天大型構件制造的需求。

十三五期間，天津清研智束科技有限公司與清華大學、中科院電工所等單位合作，承擔了科技部增材制造與激光制造重點研發(fā)計劃“大功率、長壽命、多模式電子槍及陣列研制與增材制造中的應用”項目。在項目支持下，突破了國產(chǎn)長壽命、高穩(wěn)定性電子槍設計制造技術，研制成功配備2?2電子槍陣列的大幅面EBSM研究驗證樣機，解決了槍間干擾、掃描拼接、多槍集成等技術難題。經(jīng)過項目團隊的刻苦攻關，在全球首次實現(xiàn)了基于電子槍陣列的大尺寸鈦合金零件EBSM成形，使我國在此領域走到了世界前列。

圖2 配備2x2電子槍陣列的大幅面EBSM研究驗證樣機（掃描幅面430mmx430mm）

電子槍陣列技術的突破，不僅意味著我國在大尺寸EBSM增材制造技術上取得了關鍵性的技術進步，而且表明我國已全面掌握了EBSM技術，特別是EBSM工業(yè)化應用依賴的高精度、高可靠性電子槍系統(tǒng)實現(xiàn)了自主可控，為EBSM這一高效、高性能的增材制造技術在我國的工業(yè)化應用提供了保障。

此次項目的牽頭單位——天津清研智束科技有限公司自主研發(fā)的3kW單晶陰極電子槍的陰極壽命已達到800小時以上，達到了國際同類產(chǎn)品的水平。同時，為保障電子槍陣列掃描，該公司還研發(fā)了電子槍狀態(tài)監(jiān)控、電子槍自診斷自恢復以及加工參數(shù)實時修正等功能，確保了多槍復雜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

據(jù)了解，清研智束公司成立于2015年，依托清華大學天津高端裝備研究院，專注于EBSM技術，已針對科研機構、骨科醫(yī)療器械制造企業(yè)、航空航天制造企業(yè)等客戶推出三大系列6個型號國產(chǎn)EBSM設備，在國內(nèi)外主流企業(yè)應用并得到充分認可。其中，QbeamAreo350-700為目前全球最大的商業(yè)化EBSM設備，最大成形尺寸達到350mmx350mmx700mm，打印620mm高的零件僅需130小時。

商業(yè)化EBSM設備的快速推廣以及電子槍陣列技術的突破，標志著清研智束公司在電子束選區(qū)熔化金屬增材制造技術工業(yè)化應用上取得了重要的進展，并逐步建立起了自主可控、自主創(chuàng)新的技術體系，為增材制造技術在我國相關領域的普及應用提供有力保障。