Jenseits von Lasern! Durchbruch beim Elektronenstrahlverfahren für den 3D-Druck von Metall

3D-DruckTechnologie, die zur neuen Runde der wissenschaftlichen und technologischen Revolution sowie des industriellen Wandels mit erheblicher Antriebskraft gehört. Während der Zhongguancun International Technology Trade Conference im Jahr 2024 brachte das Unternehmen Tsingyan SmartBeam der Tsinghua-Universität, das nach der Umwandlung seiner wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften gegründet wurde, ein brandneues Elektronenstrahl-3D-Druckprodukt auf den Markt, dessen zugehörige Technologie sich deutlich von der heutigen Mainstream-Technologie in diesem Bereich unterscheidet.

2024 Internationale Technologieaustauschkonferenz in Zhongguancun.

Elektronenstrahlen und Laser

Die 3D-Drucktechnologie, auch bekannt als additive Fertigungstechnologie, ist eine neue Technologie, die digitale Modelldateien als Grundlage verwendet und mit Hilfe von pulverförmigen Metallen oder Kunststoffen und anderen klebenden Materialien Punkt für Punkt, Schicht für Schicht, kumulative Überlagerung und somit die Bildung von dreidimensionalen Gebilden ermöglicht. Sie ist zu einer der wichtigsten Triebkräfte der neuen Runde der technologischen Revolution und des industriellen Wandels geworden, weil sie tiefgreifende Auswirkungen auf die traditionellen industriellen Prozesse, Produktionslinien, Produktionsweisen und Kombinationen der industriellen Kette hat.

3D-Druck ist in Metall-3D-Druck und Nicht-Metall-Druck unterteilt, von denen Metall-3D-Druck meist Eisen, Titan, Nickel, Stahl und anderen Metallpulvern als Rohstoffe, die Existenz der Anpassung, verlustarm, Präzisionsfertigung und andere Vorteile, in der Luft-und Raumfahrt, Militär, medizinische Geräte und andere Fertigungsbereiche, die strengen Anforderungen an die Produktleistung ist weit verbreitet, im Vergleich zu Nicht-Metall-3D-Druck, Metall-3D-Druck hat mehr Wert, Im Vergleich zum nichtmetallischen 3D-Druck hat der metallische 3D-Druck einen höheren Wert, höhere technische Barrieren und mehr Raum für zukünftige Anwendungen.

Ein Forschungsbericht zeigt, dass in der Metall-3D-Druck von einer Vielzahl von technischen Routen in der Kategorie, der Laser selektives Schmelzen Technologie, auch bekannt als SLM, ist die wichtigste populäre Programm, die Ausgabe der Produkte in der kostengünstigen relativ dominante Position, und der Grad der Schwierigkeit der Technologie ist auch relativ in der moderaten Situation.

Lin Feng, ein langjähriger Professor an der Fakultät für Maschinenbau der Tsinghua-Universität, sagte, dass in der Luft- und Raumfahrt eine wachsende Nachfrage nach der additiven Fertigung von Hochtemperaturmetallen besteht, da sich die Flugparameter weiter verbessern. Super-Verbrennungsmotor Einlass, Gasturbine Turbinenschaufeln, feste Raketentriebwerk throat liner, High-Super-Fahrzeug Ende dieser Teile, ihre Betriebstemperatur sind mehr als 1000 ℃. Hochtemperatur-Metallwerkstoffe sind schwer genau zu formen und neigen zur Rissbildung beim Laserdrucken, aber das Problem der Rissbildung kann durch den Einsatz der Elektronenstrahl-Selektivzonenschmelztechnologie (EBSM) gelöst werden.

Es gibt eine Technologie, die einen hochenergetischen Elektronenstrahl als Wärmequelle nutzt, die auf einem Pulverbett basiert, CAD, das auch als computergestütztes Design bekannt ist, direkt angetriebenes, endkonturnahes additives Metallherstellungsverfahren. Aufgrund der höheren Energieumwandlungs- und -absorptionsrate und der geringeren inneren Spannungen lassen sich diese besser formen. Er sagt: “Materialien, die gerissen wären, können jetzt nicht mehr reißen; Strukturen, die mit sehr starken Stützen entworfen werden mussten, können jetzt freitragend sein.” .

Durchbruch in der Multi-Gun-Array-Technologie

Im Vergleich zu Lasern ist die Elektronenstrahltechnik für den 3D-Druck von Metallen in Bezug auf die Gesamtleistung überlegen. Da für den Elektronenstrahl jedoch eine Vakuumumgebung erforderlich ist, ist diese Technologie schwieriger zu entwickeln und liegt seit einiger Zeit im Rückstand.

Die Tsinghua-Universität und das SmartBeam-Team der Tsinghua-Universität arbeiten seit 20 Jahren intensiv an diesem Weg. Im Jahr 2004 entwickelten die Teammitglieder an der Tsinghua-Universität erfolgreich die Technologie des selektiven E-Beam-Schmelzens; 2015 gründete die Tsinghua-Universität das Unternehmen Tsinghua Wisdom Beam; 2017 wurde die erste Generation der kommerzialisierten Geräte unabhängig entwickelt; 2021 wird die Qbeam-Produktserie auf den Markt kommen; und 2023 wird das Multi-Shot-Array-Gerät auf den Markt kommen.

Multi-Gun-Array-Ausrüstung.

Dr. Zhao De Chen, F&E-Direktor der Beijing Qingyan Smart Beam Technology Co., Ltd. und Doktor an der Tsinghua-Universität, sagte, dass das technische Team festgestellt hat, dass die Größe der heute auf dem Markt befindlichen Anlagen für die additive Fertigung mit Elektronenstrahl begrenzt ist, was ein wesentliches Hindernis für die Produktionsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt darstellt. “Gegenwärtig überschreiten die gängigen kommerziellen E-BEAM-Anlagen im In- und Ausland nicht die Größe von 400 mm; die Realität ist jedoch, dass viele Teile aus Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt mehr als 500 mm groß sind.” .

Um die Lösung für großformatige Titanlegierungsteile in der Serienfertigung zu erreichen, wählte das technische Team die Multi-Gun-Array-Technologie aus und hat seit Anfang 2018 mehr als 20 Schlüsseltechnologien gesammelt, um die Multi-Gun-Interferenz, die Multi-Elektronenstrahl-Spleißkalibrierung usw. zu lösen und erfolgreich einen neuen Qbeam S600 zu entwickeln. Das Produkt erfüllt die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt für eine hocheffiziente und kostengünstige Serienfertigung von großformatigen und strukturell komplexen Komponenten und die Druckgröße wurde auf 600×600×700 mm erweitert. Das Produkt erfüllt die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt an die hocheffiziente und kostengünstige Serienfertigung von großen und strukturell komplexen Bauteilen. Die Druckgröße wurde auf 600×600×700 mm erweitert und die Abscheidungseffizienz der Titanlegierung auf mehr als 400 Kubikzentimeter pro Stunde erhöht.

Die E-Beam-Maschine weist im Vergleich zu Lasermaschinen erhebliche Einsparungen bei der Serienfertigung auf, wobei ein typisches Teil für eine medizinische Anwendung die Kosten pro Teil um 471 TP3T senkt und die Maschinenleistung auf 2001 TP3T erhöht.

Technologieführerschaft.

Soweit er weiß, ist Zero2IPO der einzige Gerätehersteller weltweit, der Multi-Gun-Arrays erforscht und industrialisiert hat, so Zhao De Chen.

Er machte eine Erklärung, klare Forschung Weisheit Strahl wurde von der Elektronenstrahl-3D-Druck Multi-Gun-Array von einer Reihe von Kerntechnologien, eine Vielzahl von größeren Geräten in der Forschung sowie hat das Projekt Akzeptanz Bühne, Multi-Gun-Array-Technologie, kann ein ganz neues Kapitel der Elektronenstrahl additive Fertigung zu öffnen.

Chefredakteur: Fan Jianghong