超越激光！金属3D打印电子束路线取得突破

3D打印技术，属于新一轮科技革命以及产业变革的具备显著推动作用的重要力量。在2024年发生的中关村国际技术交易大会期间，清华大学科技成果转化之后形成企业的清研智束，发布了一款全新的电子束3D打印产品，其相关技术同这一领域当下占据主流地位技术路线有着明显差异。

2024中关村国际技术交易大会上。

电子束与激光

3D打印技术，又被称作增材制造技术，它是一种新技术，是以数字模型文件作为基础，运用粉末状金属或者塑料等可黏合材料，逐点逐层累积叠加进而形成三维实体。因为它对传统的工业流程、生产线、生产模式、产业链组合产生深刻影响，所以已成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力之一。

3D打印被划分成金属3D打印和非金属打印，其中，金属3D打印大多把铁、钛、镍、钢等金属粉末当作原材料，存在定制化、低损耗、精密制造等优势，在航空航天、军工、医疗器械等对产品性能有着苛刻要求的制造领域被广泛运用，相较于非金属3D打印，金属3D打印的价值量更多、技术壁垒更为高、未来应用空间更大。

有研报表明，在金属3D打印的多种技术路线之类别当中，激光选区熔化这一技术方式，也就是SLM，乃是当下的主要流行方案，其产出的产品在性价比方面相对占据优势地位，并且该技术所具备的难度程度也相对处于适中状况。

说这话的是清华大学机械工程系、身为长聘教授的林峰，他表示，于航空航天领域而言，因飞行参数持续提升，所以对高温金属的增材制造需求日益增大。超燃冲压发动机进气道、燃气轮机涡轮叶片、固体火箭发动机喉衬、高超飞行器端头这些零部件，其工作温度均超1000℃。高温金属材料难以实现精确成形，运用激光打印极易出现开裂状况，然而要是采用电子束选区熔化（EBSM）技术，开裂问题便可得到解决。

有一种技术，它把高能电子束当作热源，是基于粉末床、CAD也就是计算机辅助设计直接驱动的近净成形金属增材制造工艺。因为它的能量转换率以及吸收率更高，而且内应力小，所以成型效果更好。他讲，“原先会开裂的材料，如今能够不开裂；原本需要设计很强支撑的结构，现在能够不支撑。”。

多枪阵列技术突破

相较于激光，金属3D打印的电子束路线在整体性能方面更为优越。然而，因为电子束需要真空环境，所以这一技术路线的研发难度更大，并且在一段时间之内其发展也相对滞后。

在这条路线当中，清华大学以及清研智束团队，已经专心致志地摸索、费尽心力地艰苦攻关长达 20 年。在 2004 年的时候，团队成员于清华大学成功研发出电子束选区熔化技术；在 2015 年，清研智束进行注册成立；在 2017 年，自主开发出第一代商业化设备；在 2021 年，推出 Qbeam 系列产品；在 2023 年，发布多枪阵列设备。

多枪阵列设备。

北京清研智束科技有限公司研发总监、清华大学博士赵德陈讲道，技术团队发觉，市场当下存在的电子束增材设备，其成形尺寸存有局限，这是制约它在航空航天领域进行生产应用的关键所在。“目前国内外占据主流地位的商业化电子束增材制造设备，其成形尺寸均未超出400毫米；然而实际情形是，众多航空航天钛合金零部件尺寸超过了500毫米。”。

为达成大尺寸钛合金零部件实现批产的解决办法，技术团队挑选了多枪阵列技术，自2018年开始，积攒起解决多枪干扰、多电子束拼接校准等关键技术20多项，成功研制出Qbeam S600新的产品，产品契合航天航空对于大尺寸、结构复杂构件的高效率、低成本批量化制造要求，打印尺寸扩充到600×600×700毫米，钛合金极限沉积效率提升至每小时400立方厘米以上。

相较激光设备而言，这款电子束设备带有着显著的批产经济型，拿某医疗应用典型零件来讲，它的单件成本下降了47%，并且设备产出提升到了200%。

技术领先。

赵德陈表示，就其所知而言，清研智束属于全球范围内独一无二的，开展多枪阵列研究且实现产业化的设备制造厂商。

他进行了陈述，清研智束已然把控住电子束3D打印多枪阵列一整套核心技术，多款尺寸更大些的设备处于正在研究以及已经完成项目验收的阶段，多枪阵列技术，或许会开启电子束增材制造的全新篇章。

栏目主编：樊江洪