專訪清華大學林峰：電子束和激光選區(qū)復合金屬3D打印技術

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I域成果及人才，促進行業(yè)各環(huán)節(jié)、產業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報道。

△南極熊專訪清華大學林峰教授

在展會現(xiàn)場，南極熊專訪了清華大學林峰教授。
△南極熊專訪清華大學林峰教授


林峰教授主要的研究領域為電子束選區(qū)熔化（EBSM）增材制造（3D打�。┘夹g，該技術利用高能電子束在三維模型數(shù)據(jù)的驅動下直接制造高度致密的金屬實體零件。該技術可廣泛應用于新金屬材料研發(fā)、高性能復雜零件制造、航空航天零部件和個性化醫(yī)學植入體制造等領域。

電子束和激光選區(qū)復合（EBM+SLM）的金屬3D打印技術原理

南極熊：林教授您好，我是南極熊3D打印網(wǎng)的記者，今天您介紹了一種電子束和激光選區(qū)復合的金屬3D打印技術，您能再給我們介紹一下這種復合工藝嗎？

林峰教授：這種復合工藝，從形式上講，就是在電子束旁邊加了一個激光的掃描振鏡，來實現(xiàn)在同一個區(qū)域既能用激光掃描，也可以使用電子束掃描。其出發(fā)點是因為電子束和激光有很多互補的特點：電子束主要是功率密度高、效率高、可以加熱粉末床，但是它的光斑比較粗，加工的表面質量差一些；激光的好處就是精度高，表面光潔度比較好，不足的地方是能量相對弱，加熱效率低一點，所以它的粉末床溫度比較低。所以它們有很好的互補特點，那就想辦法把他們集成在一起�，F(xiàn)在看來，兩者結合起來以后，確實能夠獲得一些更加寬泛的工藝選擇范圍。

EBM+SLM復合金屬3D打印的優(yōu)勢

南極熊：打印成型效率會有一定的提高嗎？材料的選擇是否可以更加廣泛？

林峰教授：如果是在同樣的精度條件下，它的成型效率應該比純粹用單一能源要高很多，因為電子束可以更快地去填充中間的掃描區(qū)域，這是它的一個好處；另外從電子束的角度來講，因為表面粗糙度不是很好，使用激光來成型表面，表面的光潔度會大大的提高，就能夠在原來的基礎上都能有所改善。

另外應用材料相對來說就會擴大很多。因為有些材料用激光成型是可以的，但是有些材料像脆性材料、反光性比較強的材料，或者是容易產生凝固裂紋的這些材料，激光很難成型；電子束有的時候也有一定的難度，相對來說脆性材料電子束是比較好成型的，但是可能需要更小的光斑，或者是要更好的表面質量，這樣激光就能夠滿足。比如說現(xiàn)在我們做的高強鋁合金、鎢、鈦鋁等這些的材料，激光是很難成型這些材料，但是電子束可以做出來，但是它本身質量不如激光好，所以又可以用激光來彌補這個缺陷。

技術的領先性和產業(yè)化前景

南極熊：這項技術在國際上有類似的研究嗎？該技術的產業(yè)化應用有一個什么樣的預期？

林峰教授：我覺得國際上現(xiàn)在還沒有。有的公司有相應的這種專利，但是他們并沒有去開發(fā)，而且結構上不是特別合理，所以我們是改進了。從自己的角度提出思路，然后實現(xiàn)，跟他們還是不一樣的。從工業(yè)上講的話，應該還是有前景的，尤其是對一些激光或電子束不是非常好成型的材料，像高強鋁、鎢等一些材料，就是需要比較好抑制裂紋，同時比較好的表面質量，純粹的單種工藝都不能實現(xiàn)。這種需求還是非常多，在航空航天、能源動力、核電都有這樣的需求，如果用這種新的技術能夠突破這些材料的高精度、高性能的成型，這個技術在工業(yè)方面的前景應該是非常好的。


南極熊：您對國內電子束技術的產業(yè)化情況有什么觀察，可以分享一下嗎？

林峰教授：國內電子束技術的產業(yè)化現(xiàn)在發(fā)展的比較穩(wěn)健，也實現(xiàn)了銷售，還有設備出口到國外去，并逐步推出專用的工業(yè)化應用產品。之前的產品主要針對實驗室、研究使用，經(jīng)過不斷改進，提高設備的穩(wěn)定性可靠性，面向醫(yī)療植入體、航空航天的專用設備將陸續(xù)推出。另外在國家重點研發(fā)計劃的支持下，國內開發(fā)出了世界上最大的電子束選區(qū)熔化設備，不久會有四槍陣列大型設備推出。應該說中國在這個領域的發(fā)展還是很有潛力的。

對IAME大會的感受

南極熊：您參加了本次大會，有一些特別的感受嗎？

林峰教授：我看今天會場內容還是很豐富的�？梢钥吹胶芏嘧鲈O備、服務、材料的企業(yè)，做的東西也比以前好了很多，質量提高了很多。這說明我們國內增材制造這幾年得到了持續(xù)的發(fā)展；另外我感覺在這里大家可以很好地交流，相互切磋，相互溝通。IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇是很好的一個平臺。