發(fā)布時間：2024年04月07日 09:12:16
導讀：近年來，國內(nèi)的金屬激光3D打印技術蓬勃發(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打印領域同樣擁有一家國產(chǎn)實力廠商，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股份有限公司。
2024年2月，南極熊實地探訪了西安賽隆，雖然之前在多個場合關注到賽隆的技術，但實地探訪工廠依然讓南極熊感到震撼。西安賽隆深耕金屬3D打印領域多年，憑借兩大核心技術走在行業(yè)前列，一項是電子束選區(qū)熔化（SEBM）技術與裝備，另外一項是等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉（PREP）技術與裝備，同時還提供3D打印復雜金屬構(gòu)件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、技術服務等業(yè)務。
自研電子槍，深耕電子束選區(qū)熔化設備
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，作為國內(nèi)最早開展商業(yè)化SEBM設備開發(fā)的企業(yè)之一，西安賽隆在2015年便推出國內(nèi)首臺商業(yè)化SEBM設備并實現(xiàn)多臺銷售。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)獨有的高精度、大功率、長壽命的低成本間熱式電子槍，并實現(xiàn)核心器件的自主可控。電子槍最大功率達到10kW, 可快速將寬幅面粉床預熱至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小時以上，與直熱式LaB6陰極的實際使用時間相當，滿足大尺寸零件或長時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，面向不同的應用場景，西安推出了搭載不同功率間熱式電子槍的系列化SEBM設備。設備搭載鈦合金、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設備
聚焦醫(yī)療、汽車、航空三大應用領域
利用自主知識產(chǎn)權(quán)的SEBM設備，西安賽隆已打造醫(yī)療、汽車及航空三大應用場景，尤其是是醫(yī)療和汽車領域，SEBM骨科植入物和純銅感應線圈已在下游多家企業(yè)進行批量應用。2023年，西安賽隆“標準化骨小梁髖臼杯批量增材制造”、“汽車用純銅高頻感應線圈批量生產(chǎn)”入選工信部增材制造典型應用場景名單。南極熊在現(xiàn)場看到，西安賽隆已建立起SEBM設備裝機量超50臺的3D打印中心，為客戶提供復雜金屬零部件的批量制造。
在醫(yī)療領域，SEBM技術具有生產(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。依靠自主知識產(chǎn)權(quán)的設備及工藝，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準化的骨科植入物毛坯樣，產(chǎn)品涉及髖臼杯、膝關節(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，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，項目從立項到取證僅耗時2年。據(jù)悉，這款產(chǎn)品是我國首個采用國產(chǎn)電子束3D打印設備+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。西安賽隆負責人表示，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型設備，一次可以打印288個髖臼杯
在汽車領域，針對汽車零部件感應加熱的技術需求，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打印純銅感應線圈。相對于傳統(tǒng)感應線圈依靠車、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）、導電性能優(yōu)（導電率98%IACS）、制造周期短（單個零件為傳統(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技術打印的純銅感應線圈已在國內(nèi)20余家汽車零部件龍頭企業(yè)的生產(chǎn)線進行驗證及應用，用戶使用效果優(yōu)異。
△電子束3D打印純銅感應線圈
在航空航天領域，針對發(fā)動機鈦鋁葉片制造需求，西安賽隆專門開發(fā)了T200機型，450mm的打印高度可以堆疊兩層金屬葉片。西安賽隆負責人表示，鈦鋁材料如果使用SLM技術打印，應力非常大，很容易變形或開裂，而采用SEBM技術打印，預熱溫度甚至可達上千攝氏度，能夠有效降低應力，保證葉片穩(wěn)定、高效成型。此外，在薄壁件、復雜結(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計和制造方面實現(xiàn)了大量應用。
△電子束3D打印航空發(fā)動機鈦鋁葉片，一次可以打印24件
細粉收得率超70%，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉技術
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）設備正在忙碌的生產(chǎn)。
與真空氣霧化制粉設備不同，等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設備尺寸并不大，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。
負責人告訴南極熊，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)電極霧化制粉設備，包括用于科研的機型SLPA-D桌面級制粉設備和SLPA-N新一代工業(yè)級制粉設備。近期，公司桌面級制粉設備首次進入海外市場，在海外某公司完成裝機、培訓及試生產(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)電極霧化制粉設備
SLPA-D桌面級制粉設備適用高校、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)級制粉設備適合鎳基高溫合金和高強鋼等細粉(15-53μm)批量化生產(chǎn)。集合高轉(zhuǎn)速和批量化優(yōu)勢，可實現(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)，細粉收得率超過70%，具有能量密度高、粉末品質(zhì)高等特點。
△PREP球形金屬粉末表面形貌（左：IN718粉末，右：Ta粉末）
END
在實地探訪西安賽隆的過程中，南極熊也解答了心中的多個疑惑，與SLM設備普遍采用進口激光器和振鏡不同，EBM設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，下一步計劃開發(fā)通過單電子槍實現(xiàn)650mm成型尺寸的設備。
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