Een onderscheidende techniek voor additieve fabricage van metalen is elektronenstraalselectief smelten (SEBM). Hoge energiedichtheid, snelle productie-efficiëntie, minimale vormingsspanning en geen vervuiling in een vacuümomgeving zijn allemaal kenmerken van deze printmethode. Snelle prototyping van titanium en titaniumlegeringen, brosse materialen (titanium-aluminiumlegering), vuurvaste metalen (wolfraam, molybdeen, tantaal, niobium) en sterk reflecterende materialen zoals koper en goud zijn bijzonder geschikt voor SEBM-technologie.
Wij waren de eersten die een in massa geproduceerde, commerciële metalen 3D-printer met elektronenstraal introduceerden met een indirect verwarmd wolfraamkathode-elektronenkanon. Om structurele innovatie en functie-uitbreiding uit te voeren, past het het indirect verwarmde kathodeprincipe toe, samen met de vereisten van SEBM-technologie. Dit resulteert in de ontwikkeling van een groot, goedkoop indirect thermisch elektronenkanon met een hoog vermogen, hoge precisie en lange levensduur, evenals de realisatie van onafhankelijke bestuurbaarheid van kerncomponenten.
△ Orthopedisch implantaat van titaniumlegering gevormd door SEBM-technologie
Ontwikkelingsgeschiedenis van SEBM-elektronenkanon in binnen- en buitenland
Vanwege de hoge technische drempel van de apparatuur zijn er weinig binnenlandse en buitenlandse ondernemingen met de productiecapaciteit van commerciële 3D-printapparatuur met elektronenstralen. Het elektronenkanon is de kern van SEBM-apparatuur, die de vormgrootte, afdruknauwkeurigheid en de kwaliteit en prestaties van gevormde onderdelen van de apparatuur bepaalt. Anders dan de speciale laser voor apparatuur voor selectief lasersmelten (SLM), is er momenteel geen commercieel product van een speciaal elektronenkanon in binnen- en buitenland. Elke fabrikant van SEBM-apparatuur moet eerst een speciaal elektronenkanon ontwikkelen voordat de apparatuur wordt ontwikkeld.
In de afgelopen jaren hebben de Verenigde Staten, China, Japan, Zweden, het Verenigd Koninkrijk en andere landen allemaal het onderzoek naar en de ontwikkeling van speciale elektronenkanonnen voor SEBM-apparatuur verhoogd en hebben ze achtereenvolgens direct verwarmde elektronenkanonnen ontwikkeld met wolfraam en enkel kristal LaB6 als kathodes. Het direct verwarmde elektronenkanon met wolfraam als kathode is het elektronenkanon dat wordt gebruikt in de eerste generatie commerciële SEBM-apparatuur. Het heeft de voordelen van lage kosten en stabiele prestaties, maar het heeft een korte levensduur (<100 h) and a large beam spot diameter (200 h) under high power. -300μm) and other shortcomings.
In order to solve this problem, related companies have introduced the second-generation direct-heating electron gun with a LaB6 cathode. Compared with tungsten cathodes, LaB6 cathodes have the advantages of long life (>500 uur), hoog vermogen (6kW) en kleine bundelvlekdiameter (140μm), maar de kathodekosten van dit materiaal zijn hoog en de enkele prijs ligt tussen 10,000-15,000 yuan tussen . Bovendien is de LaB6-kathode gemakkelijk te vervuilen en vereist een hoge mate van vacuüm (10-4 Pa), wat ook de gebruiks- en onderhoudskosten van het elektronenkanon verhoogt. Voor het nastreven van goedkope productie op industriële schaal, is de LaB6-kathode met directe verwarming meer "luxe". Daarom is het oplossen van de tegenstelling tussen het vermogen van het elektronenkanon, de levensduur en de precisiekosten het knelpunt dat de ontwikkeling van SEBM-apparatuur en -technologie beperkt.
De commerciële SEBM-apparatuur van ons land is uitgerust met een indirect verwarmd wolfraamkathode-elektronenkanon
Om het probleem van het elektronenkanon met directe verwarming te vermijden, gebruikte het Chinese technische team wolfraam als kathodemateriaal, nam het principe van de indirecte verwarmingskathode over, gecombineerd met de technische vereisten van SEBM om structurele innovatie en functie-uitbreiding uit te voeren, en ontwikkelde een krachtig, uiterst nauwkeurig, goedkoop indirect thermisch elektronenkanon met een lange levensduur en realiseert onafhankelijke controleerbaarheid van kerncomponenten.
△ Uiterst nauwkeurig apparaat voor tussenwervelfusie van titaniumlegering, geprint door SEBM-apparatuur uitgerust met een indirect thermisch elektronenkanon
Het grootformaat meelbed kan snel worden verwarmd tot 1300 graden met het vermogen van het indirecte elektronenkanon tot 6 kW, wat de printefficiëntie aanzienlijk verhoogt. De hele kathodeconstructie van het elektronenkanon heeft een levensduur van meer dan 500 uur, wat gelijk is aan de tijd dat de direct verhitte LaB6-kathode daadwerkelijk wordt gebruikt. Dit voldoet aan de eisen van het vervaardigen van producten van groot formaat of langdurig gestapeld printen. De straalvlekdiameter onder hoog vermogen kan worden gewijzigd door de dwarsdoorsnede-eigenschappen van de kathode te wijzigen, en nauwkeurig scannen met een straalvlekdiameter van 100 m in een breed bereik kan worden verkregen, wat voldoet aan de uiterst nauwkeurige productie-eisen van onderdelen. Zowel de hulpkathode als de elektronenkanonkathode zijn gemaakt van wolfraammateriaal, dat goed produceerbaar is, en de kosten zijn minder dan 30 procent van die van de LaB6-kathode met directe verwarming, die voldoet aan de productiebehoeften van goedkope onderdelen in batches .
De technologische doorbraak van ons land op het gebied van indirecte thermische elektronenkanonnen geeft aan dat mijn land belangrijke vooruitgang heeft geboekt in de kerncomponenten van SEBM-apparatuur en geleidelijk een onafhankelijke controle tot stand heeft gebracht