電子束金屬3D打印已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代和超越，未來發(fā)展?jié)摿Υ�，南極熊實(shí)地探訪西安賽隆

導(dǎo)讀：近年來，國內(nèi)的金屬激光3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展，以鉑力特、華曙高科、易加三維等為代表的頭部企業(yè)增長迅速，而在電子束金屬3D打印領(lǐng)域同樣擁有一家國產(chǎn)實(shí)力廠商，那就是由西北有色金屬研究院孵化控股的西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司。

2024年2月，南極熊實(shí)地探訪了西安賽隆，雖然之前在多個(gè)場合關(guān)注到賽隆的技術(shù)，但實(shí)地探訪工廠依然讓南極熊感到震撼。西安賽隆深耕金屬3D打印領(lǐng)域多年，憑借兩大核心技術(shù)走在行業(yè)前列，一項(xiàng)是電子束選區(qū)熔化（SEBM）技術(shù)與裝備，另外一項(xiàng)是等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉（PREP）技術(shù)與裝備，同時(shí)還提供3D打印復(fù)雜金屬構(gòu)件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、技術(shù)服務(wù)等業(yè)務(wù)。

自研電子槍，深耕電子束選區(qū)熔化設(shè)備

與大多數(shù)采用激光作為熱源的金屬3D打印廠商不同，西安賽隆一直深耕電子束金屬3D打印技術(shù)，作為國內(nèi)最早開展商業(yè)化SEBM設(shè)備開發(fā)的企業(yè)之一，西安賽隆在2015年便推出國內(nèi)首臺(tái)商業(yè)化SEBM設(shè)備并實(shí)現(xiàn)多臺(tái)銷售。2023年，針對電子槍精度、成本、壽命的瓶頸，西安賽隆又研制出了行業(yè)獨(dú)有的高精度、大功率、長壽命的低成本間熱式電子槍，并實(shí)現(xiàn)核心器件的自主可控。電子槍最大功率達(dá)到10kW, 可快速將寬幅面粉床預(yù)熱至1100℃以上并大幅提高了打印效率；通過改變陰極的截面特性，使得高功率下的束斑直徑可控，可實(shí)現(xiàn)寬幅域下束斑直徑＜100μm的精確掃描，滿足零件高精度的制造要求；電子槍整體陰極組件使用壽命在500小時(shí)以上，與直熱式LaB6陰極的實(shí)際使用時(shí)間相當(dāng)，滿足大尺寸零件或長時(shí)間堆疊打印的制造需求；電子槍陰極與輔助陰極均采用鎢材質(zhì)，耐造性好，成本不足直熱式LaB6陰極的30%，滿足零件批量低成本的生產(chǎn)需求。

與此同時(shí)，面向不同的應(yīng)用場景，西安推出了搭載不同功率間熱式電子槍的系列化SEBM設(shè)備。設(shè)備搭載鈦合金、難熔金屬及合金、TiAl等脆性難加工材料、銅及銅合金、鋯及鋯合金、鎳基高溫合金、陶瓷/金屬復(fù)合材料等多種材料工藝包。

●Y150 Plus，電子槍功率3kW，成形精度±0.1mm，成形尺寸170×170×180mm；

●T200，電子槍功率6kW，成形精度±0.2mm，成形尺寸200×200×450mm；

●H400，電子槍功率10kW, 成形精度±0.3mm，成形尺寸400×400×400 mm。

△ 西安賽隆系列化SEBM設(shè)備

聚焦醫(yī)療、汽車、航空三大應(yīng)用領(lǐng)域

利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SEBM設(shè)備，西安賽隆已打造醫(yī)療、汽車及航空三大應(yīng)用場景，尤其是是醫(yī)療和汽車領(lǐng)域，SEBM骨科植入物和純銅感應(yīng)線圈已在下游多家企業(yè)進(jìn)行批量應(yīng)用。2023年，西安賽隆“標(biāo)準(zhǔn)化骨小梁髖臼杯批量增材制造”、“汽車用純銅高頻感應(yīng)線圈批量生產(chǎn)”入選工信部增材制造典型應(yīng)用場景名單。南極熊在現(xiàn)場看到，西安賽隆已建立起SEBM設(shè)備裝機(jī)量超50臺(tái)的3D打印中心，為客戶提供復(fù)雜金屬零部件的批量制造。

在醫(yī)療領(lǐng)域，SEBM技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、真空環(huán)境潔凈度高、無需熱處理、線切割的優(yōu)勢。依靠自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備及工藝，西安賽隆建立了年產(chǎn)能10萬件的SEBM骨科植入物生產(chǎn)線，主要向醫(yī)療器械公司提供定制化和標(biāo)準(zhǔn)化的骨科植入物毛坯樣，產(chǎn)品涉及髖臼杯、膝關(guān)節(jié)假體和椎間融合器，材料涉及鈦合金、鉭及鋯鈮合金。據(jù)南極熊了解，除了生產(chǎn)周期大幅降低之外，SEBM批量生產(chǎn)后，骨科植入物毛坯樣的制造成本要低于傳統(tǒng)機(jī)加+噴涂的方法。

△賽隆SEBM骨科植入物生產(chǎn)線

此外，借助公司在原料、設(shè)備、工藝方面的優(yōu)勢，西安賽隆于2023年7月成功助力武漢邁瑞科技有限公司鈦合金髖臼杯系統(tǒng)獲得國家藥品監(jiān)督管理局頒發(fā)的三類醫(yī)療器械注冊證（注冊證編號：國械注冊20233131002），該電子束3D打印髖臼杯的孔結(jié)構(gòu)具有100%三維連通、高孔隙率、高摩擦系數(shù)以及低粉末殘留的特點(diǎn)，具有優(yōu)異的骨長入效果，保證假體植入后的初期穩(wěn)定性，項(xiàng)目從立項(xiàng)到取證僅耗時(shí)2年。據(jù)悉，這款產(chǎn)品是我國首個(gè)采用國產(chǎn)電子束3D打印設(shè)備+全流程國產(chǎn)粉末取得三類醫(yī)療器械注冊證的骨科植入假體產(chǎn)品，標(biāo)志著國產(chǎn)電子束3D打印骨科植入物建立起自主可控、自主創(chuàng)新的研發(fā)、生產(chǎn)體系。西安賽隆負(fù)責(zé)人表示，除了邁瑞之外，公司還助力多家醫(yī)療器械公司開展SEBM骨科植入物注冊取證工作。

△邁瑞骨科獲批的SEBM鈦合金髖臼杯系統(tǒng)

△賽隆T200型設(shè)備，一次可以打印288個(gè)髖臼杯

在汽車領(lǐng)域，針對汽車零部件感應(yīng)加熱的技術(shù)需求，西安賽隆研發(fā)出純銅及部分牌號銅合金的成形工藝包，并開發(fā)出多種規(guī)格的電子束3D打印純銅感應(yīng)線圈。相對于傳統(tǒng)感應(yīng)線圈依靠車、銑、鉆、磨切+拼焊的成形方法，電子束3D打印純銅感應(yīng)線圈具有致密度高（＞99.8%）、使用壽命長（為傳統(tǒng)工藝的2-3倍）、導(dǎo)電性能優(yōu)（導(dǎo)電率98%IACS）、制造周期短（單個(gè)零件為傳統(tǒng)工藝的1/7）、硬化效果好等優(yōu)勢。

南極熊獲悉，目前西安賽隆SEBM技術(shù)打印的純銅感應(yīng)線圈已在國內(nèi)20余家汽車零部件龍頭企業(yè)的生產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證及應(yīng)用，用戶使用效果優(yōu)異。

△電子束3D打印純銅感應(yīng)線圈

在航空航天領(lǐng)域，針對發(fā)動(dòng)機(jī)鈦鋁葉片制造需求，西安賽隆專門開發(fā)了T200機(jī)型，450mm的打印高度可以堆疊兩層金屬葉片。西安賽隆負(fù)責(zé)人表示，鈦鋁材料如果使用SLM技術(shù)打印，應(yīng)力非常大，很容易變形或開裂，而采用SEBM技術(shù)打印，預(yù)熱溫度甚至可達(dá)上千攝氏度，能夠有效降低應(yīng)力，保證葉片穩(wěn)定、高效成型。此外，在薄壁件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕量化減重結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)功能一體化等零件的快速設(shè)計(jì)和制造方面實(shí)現(xiàn)了大量應(yīng)用。

△電子束3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦鋁葉片，一次可以打印24件

細(xì)粉收得率超70%，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉技術(shù)

幾年前，西安賽隆在經(jīng)開區(qū)渭河南岸購置了新的地塊，目前已經(jīng)建成一棟辦公樓和兩棟廠房，部分已經(jīng)投入使用。在新廠房內(nèi)，南極熊看到一排排等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉（PREP）設(shè)備正在忙碌的生產(chǎn)。

與真空氣霧化制粉設(shè)備不同，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設(shè)備尺寸并不大，其制粉原理是等離子體將高速旋轉(zhuǎn)的電極棒端部起弧、熔化，利用電極棒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將熔融金屬拋出霧化為細(xì)小液滴，霧化的金屬液滴與氣氛環(huán)境熱交換后冷凝成球形粉末。

負(fù)責(zé)人告訴南極熊，目前西安賽隆向行業(yè)內(nèi)提供超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設(shè)備，包括用于科研的機(jī)型SLPA-D桌面級制粉設(shè)備和SLPA-N新一代工業(yè)級制粉設(shè)備。近期，公司桌面級制粉設(shè)備首次進(jìn)入海外市場，在海外某公司完成裝機(jī)、培訓(xùn)及試生產(chǎn)工作，順利交付給客戶。

△西安賽隆桌面級PREP制粉設(shè)備海外客戶交付現(xiàn)場

△西安賽隆等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設(shè)備

SLPA-D桌面級制粉設(shè)備適用高校、科研院所小批量多品種球形金屬粉末的快速研發(fā)，電極棒工作轉(zhuǎn)速~50000rpm，可實(shí)現(xiàn)鈦合金、鋁合金、高溫合金、高熵合金、難熔合金、銅合金等數(shù)百種新材料牌號粉末的快速研制、開發(fā)和小批量生產(chǎn)。

SLPA-N工業(yè)級制粉設(shè)備適合鎳基高溫合金和高強(qiáng)鋼等細(xì)粉(15-53μm)批量化生產(chǎn)。集合高轉(zhuǎn)速和批量化優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)直徑50mm、75mm的電極棒在24000~30000rpm轉(zhuǎn)速下的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，細(xì)粉收得率超過70%，具有能量密度高、粉末品質(zhì)高等特點(diǎn)。

△PREP球形金屬粉末表面形貌（左：IN718粉末，右：Ta粉末）

END

在實(shí)地探訪西安賽隆的過程中，南極熊也解答了心中的多個(gè)疑惑，與SLM設(shè)備普遍采用進(jìn)口激光器和振鏡不同，EBM設(shè)備廠商需要自主攻克電子槍核心器件，因此需要面臨更多的挑戰(zhàn)性。而對于SLM技術(shù)紛紛向米級尺寸和多激光策略方向發(fā)展，賽隆更希望在單電子槍方案中深耕，下一步計(jì)劃開發(fā)通過單電子槍實(shí)現(xiàn)650mm成型尺寸的設(shè)備。