日前，天津清研智束科技有限公司利用我國(guó)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(biāo)志著我國(guó)在全球率先實(shí)現(xiàn)了大幅面電子槍陣列掃描，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大尺寸電子束選區(qū)熔化（EBSM）技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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(shù)，可以用于空心、多孔、網(wǎng)格等復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)的加工制造，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化和高性能化。

EBSM技術(shù)具有能量效率高、功率大、粉末床溫度高、制件內(nèi)應(yīng)力低等特點(diǎn)，可實(shí)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(fù)雜構(gòu)件的增材制造，且成形效率高、成本低，可以滿足規(guī)模化量產(chǎn)、應(yīng)急狀態(tài)的快速響應(yīng)制造需求，已經(jīng)被歐美國(guó)家應(yīng)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(shè)備和工藝的難度較高，目前只有少數(shù)國(guó)家掌握，而且都為單電子槍技術(shù)，成形幅面小，成形零件尺寸受限，難以滿足航空航天大型構(gòu)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(xué)、中科院電工所等單位合作，承擔(dān)了科技部增材制造與激光制造重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大功率、長(zhǎng)壽命、多模式電子槍及陣列研制與增材制造中的應(yīng)用”項(xiàng)目。在項(xiàng)目支持下，突破了國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性電子槍設(shè)計(jì)制造技術(shù)，研制成功配備2?2電子槍陣列的大幅面EBSM研究驗(yàn)證樣機(jī)，解決了槍間干擾、掃描拼接、多槍集成等技術(shù)難題。經(jīng)過項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的刻苦攻關(guān)，在全球首次實(shí)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(guó)在此領(lǐng)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(yàn)證樣機(jī)（掃描幅面430mmx430mm）

電子槍陣列技術(shù)的突破，不僅意味著我國(guó)在大尺寸EBSM增材制造技術(shù)上取得了關(guān)鍵性的技術(shù)進(jìn)步，而且表明我國(guó)已全面掌握了EBSM技術(shù)，特別是EBSM工業(yè)化應(yīng)用依賴的高精度、高可靠性電子槍系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自主可控，為EBSM這一高效、高性能的增材制造技術(shù)在我國(guó)的工業(yè)化應(yīng)用提供了保障。

此次項(xiàng)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(dá)到800小時(shí)以上，達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。同時(shí)，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(fù)以及加工參數(shù)實(shí)時(shí)修正等功能，確保了多槍復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

據(jù)了解，清研智束公司成立于2015年，依托清華大學(xué)天津高端裝備研究院，專注于EBSM技術(shù)，已針對(duì)科研機(jī)構(gòu)、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(gè)型號(hào)國(guó)產(chǎn)EBSM設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外主流企業(yè)應(yīng)用并得到充分認(rèn)可。其中，QbeamAreo350-700為目前全球最大的商業(yè)化EBSM設(shè)備，最大成形尺寸達(dá)到350mmx350mmx700mm，打印620mm高的零件僅需130小時(shí)。

商業(yè)化EBSM設(shè)備的快速推廣以及電子槍陣列技術(shù)的突破，標(biāo)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(shù)工業(yè)化應(yīng)用上取得了重要的進(jìn)展，并逐步建立起了自主可控、自主創(chuàng)新的技術(shù)體系，為增材制造技術(shù)在我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的普及應(yīng)用提供有力保障。