3D打印技術，是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力。2024中關村國際技術交易大會上，清華大學科技成果轉(zhuǎn)化企業(yè)清研智束發(fā)布了一款電子束3D打印新產(chǎn)品，其技術與這一領域當前主流技術路線截然不同。 電子束與激光 3D打印技術又稱增材制造技術，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，逐點逐層累積疊加形成三維實體的新技術。由于它對傳統(tǒng)的工業(yè)流程、生產(chǎn)線、生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，已成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力之一。 3D打印又分為金屬3D打印與非金屬打印。其中，金屬3D打印多以鐵、鈦、鎳、鋼等金屬粉末為原材料，具備定制化、低損耗、精密制造等優(yōu)勢，廣泛應用于航空航天、軍工、醫(yī)療器械等對產(chǎn)品性能要求苛刻的制造領域。相比非金屬3D打印，金屬3D打印的價值量更大、技術壁壘更高、未來應用空間更大。 有研報稱，金屬3D打印的幾種技術路線中，激光選區(qū)熔化（SLM）是當前的主流方案。其產(chǎn)品性價比相對占優(yōu)，技術難度也相對適中。 清華大學機械工程系長聘教授林峰說，在航空航天領域，隨著飛行參數(shù)不斷提高，對高溫金屬的增材制造需求越來越高。超燃沖壓發(fā)動機進氣道、燃氣輪機渦輪葉片、固體火箭發(fā)動機喉襯、高超飛行器端頭等零部件的工作溫度都超過1000℃。高溫金屬材料難以精確成形，使用激光打印極易開裂，但如果使用電子束選區(qū)熔化（EBSM）技術，開裂問題能夠解決。 這項技術是以高能電子束為熱源，基于粉末床、CAD（計算機輔助設計）直接驅(qū)動的近凈成形金屬增材制造工藝。由于其能量轉(zhuǎn)換率和吸收率更高、內(nèi)應力小，成型效果更好。他說，“原來會開裂的材料，現(xiàn)在可以不開裂；原來需要設計很強支撐的結構，現(xiàn)在可以不支撐。” 多槍陣列技術突破 相比激光，金屬3D打印的電子束路線整體性能更優(yōu)越。但由于電子束需要真空環(huán)境，這一技術路線研發(fā)難度更大，一段時間以來發(fā)展也相對滯后。 在這條路線上，清華大學和清研智束團隊已潛心摸索、艱苦攻關20年。2004年，團隊成員在清華大學成功研發(fā)電子束選區(qū)熔化技術；2015年，清研智束注冊成立；2017年，自主開發(fā)第一代商業(yè)化設備；2021，推出Qbeam系列產(chǎn)品；2023年，發(fā)布多槍陣列設備。 清華大學博士、北京清研智束科技有限公司研發(fā)總監(jiān)趙德陳說，技術團隊發(fā)現(xiàn)，市場現(xiàn)存電子束增材設備，成形尺寸有限，是限制其在航空航天領域生產(chǎn)應用的關鍵?！爱斍皣鴥?nèi)外主流的商業(yè)化電子束增材制造設備，成形尺寸都不超過400毫米；而現(xiàn)實情況是，很多航空航天鈦合金零部件尺寸超過500毫米?！?/p> 為實現(xiàn)大尺寸鈦合金零部件批產(chǎn)解決方案，技術團隊選擇多槍陣列技術。自2018年起，積累了解決多槍干擾、多電子束拼接校準等關鍵技術20余項，成功研發(fā)Qbeam S600新產(chǎn)品。產(chǎn)品滿足航天航空對大尺寸、結構復雜構件的高效率、低成本批量化制造需求。打印尺寸擴大到600×600×700毫米，鈦合金極限沉積效率提高至每小時400立方厘米以上。 相比激光設備，這款電子束設備具有顯著批產(chǎn)經(jīng)濟型。以某醫(yī)療應用典型零件為例，其單件成本降低47%，設備產(chǎn)出提高至200%。 “據(jù)我所知，清研智束是全球唯一一家開展多槍陣列研究并產(chǎn)業(yè)化的設備制造商。”趙德陳說。 他表示，清研智束已經(jīng)掌握電子束3D打印多槍陣列全套核心技術，多款更大尺寸設備處于在研和已完成項目驗收階段。多槍陣列技術，或?qū)㈤_啟電子束增材制造的新篇章。 欄目主編：樊江洪 文字編輯：樊江洪 本文作者：肖彤 題圖來源：上觀題圖
2024中關村國際技術交易大會上。
多槍陣列設備。
技術領先。
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