Eine charakteristische additive Fertigungstechnik für Metalle ist das selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM). Hohe Energiedichte, schnelle Produktionseffizienz, minimale Umformspannung und null Verschmutzung in einer Vakuumumgebung sind alles Merkmale dieses Druckverfahrens. Rapid Prototyping von Titan und Titanlegierungen, spröden Materialien (Titan-Aluminium-Legierung), hochschmelzenden Metallen (Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob) und hochreflektierenden Materialien wie Kupfer und Gold eignet sich besonders gut für die SEBM-Technologie.
Wir waren die ersten, die einen massenproduzierten, kommerziellen Elektronenstrahl-Metall-3D-Drucker mit einer indirekt beheizten Wolframkathoden-Elektronenkanone auf den Markt brachten. Um strukturelle Innovationen und Funktionserweiterungen durchzuführen, übernimmt es das Prinzip der indirekt beheizten Kathoden zusammen mit den Anforderungen der SEBM-Technologie. Dies führt zur Entwicklung einer großen, kostengünstigen indirekten thermischen Elektronenkanone mit hoher Leistung, hoher Präzision und langer Lebensdauer sowie zur Realisierung einer unabhängigen Steuerbarkeit von Kernkomponenten.
△ Orthopädisches Implantat aus Titanlegierung, hergestellt durch SEBM-Technologie
Entwicklungsgeschichte der SEBM-Elektronenkanone im In- und Ausland
Aufgrund der hohen technischen Schwelle der Ausrüstung gibt es nur wenige in- und ausländische Unternehmen mit der Produktionskapazität für kommerzielle Elektronenstrahl-3D-Druckausrüstung. Die Elektronenkanone ist das Herzstück der SEBM-Ausrüstung, die die Umformgröße der Ausrüstung, die Druckgenauigkeit sowie die Qualität und Leistung der geformten Teile bestimmt. Im Gegensatz zu den Speziallasern für die Ausrüstung zum selektiven Laserschmelzen (SLM) gibt es derzeit im In- und Ausland kein kommerzielles Produkt einer speziellen Elektronenkanone. Jeder SEBM-Ausrüstungshersteller muss zuerst eine spezielle Elektronenkanone entwickeln, bevor er die Ausrüstung entwickelt.
In den letzten Jahren haben die Vereinigten Staaten, China, Japan, Schweden, das Vereinigte Königreich und andere Länder die Forschung und Entwicklung spezieller Elektronenkanonen für SEBM-Geräte verstärkt und nacheinander direkt beheizte Elektronenkanonen mit Wolfram und Einkristall entwickelt LaB6 als Kathoden. Die direkt beheizte Elektronenkanone mit Wolfram als Kathode ist die Elektronenkanone, die in der ersten Generation von kommerziellen SEBM-Geräten verwendet wird. Es hat die Vorteile niedriger Kosten und stabiler Leistung, aber es hat eine kurze Lebensdauer (<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 h), hohe Leistung (6 kW) und kleiner Strahlpunktdurchmesser (140 μm), aber die Kathodenkosten dieses Materials sind hoch und der Einzelpreis liegt zwischen 10.000-15,000 Yuan . Außerdem ist die LaB6-Kathode leicht zu verschmutzen und erfordert ein hohes Maß an Vakuum (10-4 Pa), was auch die Betriebs- und Wartungskosten der Elektronenkanone erhöht. Für das Streben nach einer kostengünstigen Produktion im industriellen Maßstab ist die direkt beheizte LaB6-Kathode eher "Luxus". Daher ist die Lösung des Widerspruchs zwischen der Leistung der Elektronenkanone, der Lebensdauer und den Präzisionskosten der Engpass, der die Entwicklung von SEBM-Geräten und -Technologie einschränkt.
Die kommerzielle SEBM-Ausrüstung unseres Landes ist mit einer indirekt beheizten Wolframkathoden-Elektronenkanone ausgestattet
Um das Problem der direkt beheizten Elektronenkanone zu vermeiden, verwendete das chinesische technische Team Wolfram als Kathodenmaterial, übernahm das Prinzip der indirekten Heizkathode, kombiniert mit den technischen Anforderungen von SEBM, um strukturelle Innovationen und Funktionserweiterungen durchzuführen, und entwickelte eine leistungsstarke, hochpräzise, langlebige und kostengünstige indirekte thermische Elektronenkanone und realisierte eine unabhängige Steuerbarkeit der Kernkomponenten.
△ Hochpräzises Gerät zur intervertebralen Fusion aus Titanlegierung, gedruckt von SEBM-Geräten, die mit einer indirekten thermischen Elektronenkanone ausgestattet sind
Das großformatige Mehlbett kann mit der Leistung der indirekten Elektronenkanone mit einer Leistung von bis zu 6 kW schnell auf 1300 Grad erhitzt werden, was die Druckeffizienz erheblich erhöht. Die gesamte Kathodenbaugruppe der Elektronenkanone hat eine Lebensdauer von mehr als 500 Stunden, was der Zeit entspricht, die die direkt beheizbare LaB6-Kathode tatsächlich verwendet wird. Dies erfüllt die Anforderungen der Herstellung großformatiger Produkte oder des langfristigen Stapeldrucks. Der Durchmesser des Strahlflecks unter hoher Leistung kann geändert werden, indem die Querschnittseigenschaften der Kathode verändert werden, und es kann ein genaues Scannen mit einem Durchmesser des Strahlflecks von 100 m in einem weiten Bereich erzielt werden, wodurch die hochpräzisen Produktionsanforderungen von Teilen erfüllt werden. Sowohl die Hilfskathode als auch die Elektronenkanonenkathode bestehen aus Wolframmaterial, das gut herstellbar ist, und die Kosten betragen weniger als 30 Prozent der Kosten der direkt beheizbaren LaB6-Kathode, die die Produktionsanforderungen für kostengünstige Teile in Chargen erfüllt .
Der technologische Durchbruch unseres Landes bei indirekten thermischen Elektronenkanonen zeigt, dass mein Land wichtige Fortschritte bei den Kernkomponenten der SEBM-Ausrüstung gemacht und nach und nach eine unabhängige Kontrolle etabliert hat