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日前，天津清研智束科技有限公司利用我國自主研發的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了大幅面電子槍陣列掃描，為進一步實現大尺寸電子束選區熔化（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、網格等復雜整體結構的加工制造，實現產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、制件內應力低等特點，可實現鈦合金、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，可以滿足規模化量產、應急狀態的快速響應制造需求，已經被歐美國家應用于航空航天、醫療器械等行業金屬零部件的規模化制造。但EBSM設備和工藝的難度較高，目前只有少數國家掌握，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，突破了國產長壽命、高穩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。經過項目團隊的刻苦攻關，在全球首次實現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工業化應用依賴的高精度、高可靠性電子槍系統實現了自主可控，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，達到了國際同類產品的水平。同時，為保障電子槍陣列掃描，該公司還研發了電子槍狀態監控、電子槍自診斷自恢復以及加工參數實時修正等功能，確保了多槍復雜系統的穩定運行。

據了解，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、骨科醫療器械制造企業、航空航天制造企業等客戶推出三大系列6個型號國產EBSM設備，在國內外主流企業應用并得到充分認可。其中，QbeamAreo350-700為目前全球最大的商業化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熔化金屬增材制造技術工業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。