天津清研智束：電子束選區(qū)熔化設(shè)備安全、環(huán)保設(shè)計(jì)

2018AMCC杭州大會(huì)的高峰論壇，“增材制造標(biāo)準(zhǔn)化及設(shè)施安全論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場(chǎng)聆聽(tīng)了專(zhuān)家們的演講。下面是現(xiàn)場(chǎng)速記的文字記錄。

郭超：天津清研智束總經(jīng)理，主題：電子束選區(qū)熔化設(shè)備安全、環(huán)保設(shè)計(jì)

    郭超：大家下午好，非常感謝主辦方的邀請(qǐng)，有這樣一個(gè)機(jī)會(huì)跟大家交流一下電子束選區(qū)熔化方面的知識(shí)。
    首先對(duì)這個(gè)技術(shù)做一個(gè)介紹，大家對(duì)電子束選區(qū)熔化了解得比較少，為什么電子束增材制造和激光增材制造比起來(lái)有幾個(gè)特點(diǎn)。
    首先它有一個(gè)高真空的環(huán)境，第二個(gè)是電子束為能量源，第三個(gè)是鋪粉逐層制造。
    （圖示）這里面有一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，我們激光已經(jīng)是用得比較多了，電子束有它的特點(diǎn)，最大的特點(diǎn)是電子束的功率比較高，一般用在激光的話(huà)，激光功率不會(huì)超過(guò)一千瓦，電子束是三千瓦起步，材料對(duì)激光基本上是沒(méi)有反射的，因?yàn)槲覀冎�道激光的能量�?huì)被材料反射，但是電子束沒(méi)有反射的現(xiàn)象，絕大部分的能量被材料吸收，所以說(shuō)它打印的時(shí)候效果會(huì)更高。同時(shí)打印的零部件空隙會(huì)更少，同時(shí)它是一個(gè)真空的環(huán)境，意味著對(duì)很多的材料來(lái)說(shuō)有一個(gè)更高的性能。 同時(shí)又一個(gè)高真空的環(huán)境可以保護(hù)材料更少的氧化。
    另外電子束打印的時(shí)候，整體的溫度非常的高，因?yàn)樗�有一個(gè)預(yù)熱的效果，整體的預(yù)熱溫度可以達(dá)到1100攝氏度以上，另外電子束可以解決一些激光打印不了的材料。還有一些材料比如說(shuō)銅對(duì)激光的反射非常的厲害，電子束的吸收非常的高。
    電子束選區(qū)熔化有很多的應(yīng)用的方面，一個(gè)是關(guān)節(jié)方面的醫(yī)療，目前利用電子束選區(qū)熔化制造醫(yī)療體有很多的FDA的認(rèn)證，因?yàn)楸入娮邮�有一個(gè)高真空的環(huán)境，對(duì)才有提存的作用，可以保證醫(yī)用的安全。
    第二個(gè)鈦鋁合金方面，在其他的方式上會(huì)遇到一個(gè)裂紋或者說(shuō)變形的問(wèn)題，我們發(fā)現(xiàn)鈦鋁合金從電子束打印非常的好。
    接下來(lái)對(duì)我們的公司做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。
    我們的發(fā)展歷程是這樣的，2004年的清華大學(xué)的導(dǎo)師林峰教授團(tuán)隊(duì)研究這項(xiàng)技術(shù)，并且成功研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)電子束選區(qū)熔化增材制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并且獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。從2007年到2014年這段時(shí)間里面我們也自主研發(fā)并且制造了很多臺(tái)用于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)。在2015年清華大學(xué)的技術(shù)開(kāi)始進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，我們成立了這樣一個(gè)自主科技公司，我們通過(guò)一個(gè)社會(huì)資本的對(duì)接，來(lái)完成融資，并且獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。在2007年的時(shí)候我們推出了商業(yè)化的金屬3D打印機(jī)。
    我們有清華大學(xué)授權(quán)使用的發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)目，授權(quán)使用新型專(zhuān)利10多項(xiàng)。
    LAB200的產(chǎn)品有一個(gè)充分開(kāi)放的工藝參數(shù)的接口，3D打印目前發(fā)展非常的初步，跟其他的制造技術(shù)相比來(lái)說(shuō)，比如說(shuō)我們的減材制造獲得鑄造等材制造，我們的3D打印目前只有十幾種或者說(shuō)幾十種，它如果也要發(fā)展的話(huà)，一定要在材料上有一個(gè)突破，我們希望有這樣的一個(gè)開(kāi)放的接口和更多的用戶(hù)和合作伙伴打開(kāi)3D打印更多的可能性，這個(gè)設(shè)備主要是針對(duì)材料的研發(fā)和小批量的生產(chǎn)。
    MED200新型陰，更長(zhǎng)壽命更高精度，主要是向醫(yī)療植入體的生產(chǎn)制造。
    Aero350，更大成形的空間，更高成形的效率，主要是面向航空航天高端部件的制作。目前LAB有一臺(tái)設(shè)備已經(jīng)交互給了用戶(hù)。
    我接下來(lái)對(duì)設(shè)備的技術(shù)和特點(diǎn)做一些介紹，首先是完全自主切片和路徑規(guī)劃的技術(shù)，我們現(xiàn)在知道很多的軟件，比如說(shuō)模型的切片會(huì)依賴(lài)于國(guó)外的公司，在這一塊是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完全的自主化，是可以自己來(lái)進(jìn)行一個(gè)切片引入路徑的規(guī)劃。
    第二個(gè)是創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，送鋪粉的模塊化的社我們的真空倉(cāng)室可以匹配多個(gè)送鋪粉的模塊，可以實(shí)現(xiàn)快速的更換，一方面可以響應(yīng)更快的定制，二是我們認(rèn)為可以從環(huán)保怎么樣節(jié)約粉末，當(dāng)我一臺(tái)設(shè)備想使用兩組粉末或者說(shuō)快速的進(jìn)行下一次打印的時(shí)候，我們只需要簡(jiǎn)單的把上一次打印完的東西拖出來(lái)，在外面進(jìn)行后處理。
    （圖示）這也是我們的專(zhuān)利的技術(shù)，我們的供粉采用的是主動(dòng)式的供粉的方式，同時(shí)可以節(jié)省我們的材料，它里面所有的粉末都可以。
    電子束這一塊的東西就相當(dāng)于我們激光里面的激光器和分設(shè)的鎮(zhèn)靜，對(duì)電子束來(lái)說(shuō)是電子箱和電源一套光學(xué)的系統(tǒng)，我們通過(guò)這個(gè)實(shí)現(xiàn)了電子束高效的控制，同時(shí)通過(guò)一個(gè)分時(shí)的掃描。
    我們有一個(gè)獨(dú)創(chuàng)的網(wǎng)格掃描的控制，一方面提高粉床的高度，這樣的話(huà)避免我們的變形巧取，我們的最高溫度可以達(dá)到1100到1200度，我們希望在打印之后不需要通過(guò)CT的檢測(cè)就可以發(fā)現(xiàn)一些潛在的缺陷呢？這里面有一個(gè)在線(xiàn)的監(jiān)控，我們通過(guò)一個(gè)光學(xué)的相機(jī)逐層的拍攝，我們通過(guò)逐層檢查打印的界面，有一個(gè)界面它可能有一個(gè)大的孔隙的話(huà)，我們可以及時(shí)地判斷這個(gè)零部件有一個(gè)質(zhì)量的檢查。
    同時(shí)我們的設(shè)備還有一些配套的耗材（圖示）
    安全和環(huán)保設(shè)計(jì)：
    對(duì)于電子束來(lái)說(shuō)，你會(huì)有非常多的關(guān)于安全和環(huán)保方面的問(wèn)題，因?yàn)槲覀冊(cè)谑褂迷O(shè)備的，最重要的就是安全，所有的科技也應(yīng)該是以人為本，以安全是作為第一的。
    激光有的都有，都有粉末，大家都涉及到粉末，帶上口罩。這里的電子束有一個(gè)特殊的特點(diǎn)，它有輻射。當(dāng)電子轟擊一個(gè)金屬材料的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一個(gè)X的射線(xiàn)，對(duì)人體有潛在的傷害，但是設(shè)備本身不存在傷害源的。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，我們采用非常厚的不銹鋼防止射線(xiàn)從真空室里面泄露出來(lái)，在所有的觀察窗口都希望用含鉛的玻璃。
    我們最終還需要在里面打印鎢合金，還有在它打印的時(shí)候，所有的門(mén)都要關(guān)閉的，同時(shí)任何一個(gè)門(mén)打開(kāi)的話(huà)，我的電子束要停止工作。
    射線(xiàn)在建廠(chǎng)的時(shí)候會(huì)涉及到環(huán)評(píng)，2017年年底的時(shí)候環(huán)保部發(fā)布了一個(gè)分類(lèi)，三類(lèi)是最低的等級(jí)，它一般人員不會(huì)產(chǎn)生放射性的損傷，這里面是沒(méi)有電子束3D打印機(jī)的，因?yàn)槟菚r(shí)候是非常低的設(shè)備。我們的用戶(hù)直接買(mǎi)我們的設(shè)備是不需要報(bào)環(huán)保部審批的，但是對(duì)我們的生產(chǎn)的銷(xiāo)售活動(dòng)是有一個(gè)三類(lèi)銷(xiāo)售的管理。所以我們希望通過(guò)這樣的機(jī)會(huì)，跟大家一起，也許下一次修訂的時(shí)候，電子束3D打印設(shè)備對(duì)已經(jīng)受到普遍認(rèn)可的設(shè)備，也可以加入到三類(lèi)設(shè)備的裝置里面去，對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展也是一個(gè)有利的動(dòng)作。
    另外一個(gè)是高電壓，我們對(duì)電子束加速的電壓有六千千瓦，高壓部分的位置在真空室上部，電子束槍?zhuān)�電氣柜�?nèi)，高壓電源。
    另外一個(gè)是高溫，打印的時(shí)候我們真空室特別是觀察窗口這個(gè)地方，電子搶內(nèi)部，線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)會(huì)有一個(gè)高溫，我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候外部的緯度不會(huì)超過(guò)50度，不會(huì)對(duì)人體有燙傷。
    （圖示）這是一個(gè)真空室的門(mén)口，如果里面的溫度高于100攝氏度的時(shí)候，你是沒(méi)有辦法往里面送空氣的，這里面主要是為了防止?fàn)C傷，另一方面保證粉末的安全，防止它過(guò)早的時(shí)候暴露在空氣中造成氧化。
    粉塵的爆炸的防護(hù)，（圖示）這個(gè)是國(guó)外的圖。
    吸塵器防爆真空或電動(dòng)吸塵器，我們是使用ATEX21—22區(qū)防爆的吸塵器，我們現(xiàn)在配備兩臺(tái)，一種是回收真空室內(nèi)的潔凈的粉末。一種是清理地面的粉末，防止滑倒。同時(shí)在使用的過(guò)程中，吸塵器保持良好的接地。
    我們的設(shè)備有一個(gè)粉末回收的系統(tǒng)，這個(gè)是電子束3D打印完之后的狀態(tài)，我們有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)，我們叫它PRS系統(tǒng)，我們把零件拿到里面相當(dāng)于是一個(gè)噴砂的系統(tǒng)，把沒(méi)有熔化的粉末打掉，這些粉末它會(huì)在內(nèi)部以后有一個(gè)循環(huán)，它是可以暫時(shí)利用的。經(jīng)過(guò)PRS處理之后，它的粉末可以再利用。這臺(tái)設(shè)備是要有防爆的要求的，我們目前希望有一個(gè)認(rèn)證。在這臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制作的時(shí)候，一定要有一個(gè)良好的接地和良好的密封，我們會(huì)把低于45微米以下的顆粒進(jìn)行一個(gè)分離，它可以滿(mǎn)足我們打印的需求，同時(shí)有更高的安全性。
    如果說(shuō)這個(gè)真空抽真空的時(shí)候有一個(gè)故障，比如說(shuō)忘了關(guān)門(mén)了或者說(shuō)這個(gè)門(mén)沒(méi)有關(guān)嚴(yán)，我們會(huì)自動(dòng)的采取一些真空的系統(tǒng)。另外放電在打印的過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的，打印的時(shí)候粉末上去會(huì)進(jìn)入到產(chǎn)生電子的系統(tǒng)里面去，有的時(shí)候產(chǎn)生6萬(wàn)付的短時(shí)間的短路，這樣的情況下，我們的設(shè)備會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的暫停，等高壓暫停以后再進(jìn)行打印。
    另外在打印的時(shí)候我們?cè)趺礃訉?shí)現(xiàn)無(wú)人值守，有一些時(shí)候我們要自動(dòng)停止，比如少里面的粉用完了，我們有相應(yīng)的檢測(cè)的系統(tǒng)。比如說(shuō)一些核心的部件，高壓的電源，產(chǎn)生的故障或者說(shuō)失效，它可以停止。還有冷卻水的溫度，會(huì)有一個(gè)自動(dòng)報(bào)警的過(guò)程，這是我們從設(shè)備大量使用的時(shí)候做得考慮。
    謝謝大家！