レーザーを超える！金属3Dプリントのための電子ビームルートにおけるブレークスルー

3Dプリンティング科学技術革命の新ラウンドに属し、重要な原動力を持つ産業変化に属する技術。2024年の中関村国際技術貿易会議において、清華大学の清遠スマートビームは、その科学技術成果の転換後に設立された企業であり、真新しい電子ビーム3Dプリンター製品を発表した。

2024 中関村国際技術交流会議。

電子ビームとレーザー

3Dプリンティング技術は、積層造形技術とも呼ばれ、デジタルモデル・ファイルを基礎として、粉末状の金属やプラスチック、その他の接着材料を使用し、点から点へ、層から層へ、累積的な重ね合わせによって3次元の実体を形成する新技術である。従来の工業プロセス、生産ライン、生産方式、工業チェーンの組み合わせに大きな影響を与えるため、技術革命と産業変革の新ラウンドの重要な原動力の一つとなっている。

3Dプリンティングは金属3Dプリンティングと非金属プリンティングに分けられ、そのうち金属3Dプリンティングは主に鉄、チタン、ニッケル、鋼鉄などの金属粉末を原料としており、カスタマイズ、低損失、精密製造などの利点が存在し、製品性能に対する要求が厳しい航空宇宙、軍事、医療機器などの製造分野で広く使用されており、非金属3Dプリンティングと比較して、金属3Dプリンティングはより多くの価値を持っています、非金属3Dプリンティングと比較して、金属3Dプリンティングは、より多くの価値、より高い技術的障壁と将来のアプリケーションのためのより多くのスペースを持っています。

調査報告書によると、金属3D印刷の様々な技術ルートのカテゴリでは、レーザー選択溶融技術は、また、SLMとして知られている、主な人気のあるプログラムであり、費用対効果の比較的支配的な位置にその製品の出力、および技術の難易度も比較的中程度の状況である。

清華大学機械工学部で長年教授を務めるLin Feng氏は、航空宇宙分野では、飛行パラメータが向上し続けているため、高温金属の積層造形に対する需要が高まっていると述べた。超燃焼ラムエンジンのインレット、ガスタービンタービンブレード、固体ロケットエンジンのスロートライナー、高スーパービークルの端部、これらの部品の動作温度は1000℃以上である。高温の金属材料は正確な成形が難しく、レーザー印刷では割れが発生しやすいが、電子ビーム選択帯溶融（EBSM）技術を使用すれば、割れの問題を解決できる。

高エネルギーの電子ビームを熱源として使用する技術があり、これはパウダーベッド、CAD（コンピュータ支援設計）とも呼ばれる直接駆動型ニアネットシェイプ金属積層造形プロセスに基づいている。エネルギー変換率が高いだけでなく、吸収率も高く、内部応力も少ないため、より良い成形が可能です。ひび割れていたはずの材料がひび割れなくなり、非常に強力な支柱で設計する必要があった構造物が支柱なしでできるようになったのです」と彼は話す。.

マルチガンアレイ技術の躍進

レーザーに比べ、電子ビームによる金属3Dプリンティングは、総合的な性能において優れている。しかし、電子ビームは真空環境を必要とするため、この技術の開発はより難しく、しばらくの間遅れていた。

清華大学と清華大学スマートビームチームは、20年にわたりこのルートに懸命に取り組んできた。2004年、チームメンバーは清華大学でEビーム選択溶解技術の開発に成功し、2015年には清華大学が清華智慧ビームを法人化し、2017年には商品化された第一世代の装置を独自開発し、2021年にはQbeamシリーズを発売し、2023年にはマルチショットアレイ装置を発売する予定である。

マルチガンアレイの装備。

Beijing Qingyan Smart Beam Technology Co.Ltd.のR&Dディレクターで清華大学博士のZhao De Chen博士によると、技術チームは、現在市場に存在する電子ビーム積層造形装置のサイズには限界があり、これが航空宇宙分野での生産用途への重要な制約となっていることを発見したという。“現在、国内外で主流の商業用E-BEAM装置のサイズは400mmを超えない。しかし、現実には多くの航空宇宙用チタン合金部品のサイズは500mmを超えている。”.

バッチ生産を実現する大型チタン合金部品のソリューションに到達するために、技術チームはマルチガンアレイ技術を選択し、2018年の初めから、マルチガン干渉、多電子ビームスプライシング校正などを解決するために20以上のキーテクノロジーを蓄積し、新しいQbeam S600の開発に成功し、製品は大型で構造的に複雑な部品の高効率、低コストのバッチ製造のための航空宇宙と航空の要件に適合し、プリント同製品は、航空宇宙および航空機の大型で構造的に複雑な部品の高効率、低コストバッチ製造の要求に適合し、印刷サイズは600×600×700mmに拡大され、チタン合金の蒸着効率は毎時400立方センチメートル以上に向上した。

電子ビーム加工機は、レーザー加工機と比較してバッチ生産に大きな経済性があり、医療用アプリケーションの典型的な部品では、部品当たりのコストが47%下がり、加工機の生産量は200%に増加する。

テクノロジーのリーダーシップ

彼の知る限り、Zero2IPOはマルチガンアレイの研究を進め、工業化を実現した世界で唯一の装置メーカーである。

彼は声明を発表し、明確な研究の知恵ビームは、コア技術のセットの電子ビーム3D印刷マルチガンアレイによって制御されており、研究だけでなく、プロジェクトの受け入れ段階、マルチガンアレイ技術を完了し、より大きなサイズの機器の様々な、電子ビーム付加製造の全く新しい章を開くことがあります。

編集長：ファン・ジャンホン