Особливою технікою виробництва металевих добавок є селективне плавлення електронним променем (SEBM). Висока щільність енергії, швидка ефективність виробництва, мінімальне навантаження на формування та нульове забруднення у вакуумному середовищі – все це особливості цього методу друку. Швидке створення прототипів титану та титанових сплавів, крихких матеріалів (титан-алюмінієвий сплав), тугоплавких металів (вольфрам, молібден, тантал, ніобій) і матеріалів із високим відбиттям, таких як мідь і золото, особливо добре підходить для технології SEBM.
Ми були першими, хто представив серійний комерційний електронно-променевий металевий 3D-принтер з електронною гарматою з вольфрамовим катодом непрямого нагріву. Щоб здійснити структурні інновації та розширення функцій, він використовує принцип непрямого нагріву катодів разом із вимогами технології SEBM. Це призвело до розробки великої, недорогої непрямої термічної електронної гармати з високою потужністю, високою точністю та тривалим терміном служби, а також до реалізації незалежної керованості основних компонентів.
△Ортопедичний імплантат із титанового сплаву, сформований за технологією SEBM
Історія розвитку електронної гармати SEBM в країні та за кордоном
Через високий технічний поріг обладнання існує кілька вітчизняних та зарубіжних підприємств з виробничими потужностями комерційного обладнання для 3D-друку електронного променя. Електронна гармата є ядром обладнання SEBM, яке визначає розміри обладнання, точність друку, а також якість і продуктивність сформованих деталей. На відміну від спеціального лазера для селективного лазерного плавлення (SLM), комерційного продукту спеціальної електронної гармати в країні та за кордоном наразі немає. Кожен виробник обладнання SEBM повинен спочатку розробити спеціальну електронну гармату перед розробкою обладнання.
В останні роки Сполучені Штати, Китай, Японія, Швеція, Велика Британія та інші країни посилили дослідження та розробку спеціальних електронних гармат для обладнання SEBM і послідовно розробили електронні гармати з прямим нагріванням з вольфрамом і монокристалом. LaB6 як катоди. Електронна гармата з прямим нагріванням із вольфрамом як катодом — це електронна гармата, яка використовується в першому поколінні комерційного обладнання SEBM. Він має такі переваги, як низька вартість і стабільна продуктивність, але має короткий термін служби (<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 год), високу потужність (6 кВт) і малий діаметр плями променя (140 мкм), але вартість катода цього матеріалу висока, а ціна за один раз становить від 10 000-15 000 юанів між . Крім того, катод LaB6 легко забруднювати та потребує високого ступеня вакууму (10-4 Па), що також збільшує витрати на використання та обслуговування електронної гармати. Для досягнення недорогого промислового виробництва катод LaB6 з прямим нагріванням є більш «розкішним». Тому те, як вирішити протиріччя між потужністю електронної гармати, терміном служби та вартістю точності, є вузьким місцем, що обмежує розвиток обладнання та технології SEBM.
Комерційне обладнання SEBM нашої країни оснащене електронною гарматою з вольфрамовим катодом непрямого нагріву
Щоб уникнути проблеми електронної гармати з прямим нагріванням, китайська технічна команда використала вольфрам як матеріал катода, прийняла принцип непрямого нагріву катода в поєднанні з технічними вимогами SEBM для здійснення структурних інновацій і розширення функцій, а також розробив високопотужну, високоточну, довговічну недорогу непряму термоелектронну гармату та реалізував незалежну керованість основних компонентів.
△ Високоточний міжхребцевий спондилодез з титанового сплаву, надрукований обладнанням SEBM, оснащений непрямою термоелектронною гарматою
Широкоформатний шар борошна можна швидко нагріти до 1300 градусів за допомогою непрямої електронної гармати потужністю до 6 кВт, що значно підвищує ефективність друку. Весь катодний вузол електронної гармати має термін служби понад 500 годин, що дорівнює часу фактичного використання катода LaB6 із прямим нагріванням. Це відповідає вимогам виробництва великогабаритних виробів або довготривалого багатошарового друку. Діаметр плями променя при високій потужності можна змінити шляхом зміни властивостей поперечного перерізу катода, і можна отримати точне сканування з діаметром плями променя 100 м у широкому діапазоні, що задовольняє вимогам високої точності виробництва деталей. Як допоміжний катод, так і катод електронної гармати виготовлені з вольфрамового матеріалу, який має гарну технологічність, а вартість становить менше 30 відсотків від вартості катода LaB6 з прямим нагріванням, який відповідає потребам виробництва недорогих деталей у партіях. .
Технологічний прорив нашої країни в непрямих теплових електронних гарматах свідчить про те, що моя країна досягла значного прогресу в основних компонентах обладнання SEBM і поступово встановила незалежний контроль