天津清研智束：電子束選區(qū)熔化設(shè)備安全、環(huán)保設(shè)計

2018AMCC杭州大會的高峰論壇，“增材制造標準化及設(shè)施安全論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場速記的文字記錄。

郭超：天津清研智束總經(jīng)理，主題：電子束選區(qū)熔化設(shè)備安全、環(huán)保設(shè)計

    郭超：大家下午好，非常感謝主辦方的邀請，有這樣一個機會跟大家交流一下電子束選區(qū)熔化方面的知識。
    首先對這個技術(shù)做一個介紹，大家對電子束選區(qū)熔化了解得比較少，為什么電子束增材制造和激光增材制造比起來有幾個特點。
    首先它有一個高真空的環(huán)境，第二個是電子束為能量源，第三個是鋪粉逐層制造。
    （圖示）這里面有一個簡單的比較，我們激光已經(jīng)是用得比較多了，電子束有它的特點，最大的特點是電子束的功率比較高，一般用在激光的話，激光功率不會超過一千瓦，電子束是三千瓦起步，材料對激光基本上是沒有反射的，因為我們知道激光的能量會被材料反射，但是電子束沒有反射的現(xiàn)象，絕大部分的能量被材料吸收，所以說它打印的時候效果會更高。同時打印的零部件空隙會更少，同時它是一個真空的環(huán)境，意味著對很多的材料來說有一個更高的性能。 同時又一個高真空的環(huán)境可以保護材料更少的氧化。
    另外電子束打印的時候，整體的溫度非常的高，因為它有一個預熱的效果，整體的預熱溫度可以達到1100攝氏度以上，另外電子束可以解決一些激光打印不了的材料。還有一些材料比如說銅對激光的反射非常的厲害，電子束的吸收非常的高。
    電子束選區(qū)熔化有很多的應用的方面，一個是關(guān)節(jié)方面的醫(yī)療，目前利用電子束選區(qū)熔化制造醫(yī)療體有很多的FDA的認證，因為比電子束有一個高真空的環(huán)境，對才有提存的作用，可以保證醫(yī)用的安全。
    第二個鈦鋁合金方面，在其他的方式上會遇到一個裂紋或者說變形的問題，我們發(fā)現(xiàn)鈦鋁合金從電子束打印非常的好。
    接下來對我們的公司做一個簡要的介紹。
    我們的發(fā)展歷程是這樣的，2004年的清華大學的導師林峰教授團隊研究這項技術(shù)，并且成功研發(fā)了國內(nèi)首臺電子束選區(qū)熔化增材制造實驗系統(tǒng)，并且獲得了國家發(fā)明專利。從2007年到2014年這段時間里面我們也自主研發(fā)并且制造了很多臺用于實驗室的實驗的系統(tǒng)。在2015年清華大學的技術(shù)開始進行成果轉(zhuǎn)化，我們成立了這樣一個自主科技公司，我們通過一個社會資本的對接，來完成融資，并且獲得國家重點研發(fā)項目的支持。在2007年的時候我們推出了商業(yè)化的金屬3D打印機。
    我們有清華大學授權(quán)使用的發(fā)明專利4項，授權(quán)國家發(fā)明專利2項目，授權(quán)使用新型專利10多項。
    LAB200的產(chǎn)品有一個充分開放的工藝參數(shù)的接口，3D打印目前發(fā)展非常的初步，跟其他的制造技術(shù)相比來說，比如說我們的減材制造獲得鑄造等材制造，我們的3D打印目前只有十幾種或者說幾十種，它如果也要發(fā)展的話，一定要在材料上有一個突破，我們希望有這樣的一個開放的接口和更多的用戶和合作伙伴打開3D打印更多的可能性，這個設(shè)備主要是針對材料的研發(fā)和小批量的生產(chǎn)。
    MED200新型陰，更長壽命更高精度，主要是向醫(yī)療植入體的生產(chǎn)制造。
    Aero350，更大成形的空間，更高成形的效率，主要是面向航空航天高端部件的制作。目前LAB有一臺設(shè)備已經(jīng)交互給了用戶。
    我接下來對設(shè)備的技術(shù)和特點做一些介紹，首先是完全自主切片和路徑規(guī)劃的技術(shù)，我們現(xiàn)在知道很多的軟件，比如說模型的切片會依賴于國外的公司，在這一塊是實現(xiàn)了一個完全的自主化，是可以自己來進行一個切片引入路徑的規(guī)劃。
    第二個是創(chuàng)新的設(shè)計，送鋪粉的模塊化的社我們的真空倉室可以匹配多個送鋪粉的模塊，可以實現(xiàn)快速的更換，一方面可以響應更快的定制，二是我們認為可以從環(huán)保怎么樣節(jié)約粉末，當我一臺設(shè)備想使用兩組粉末或者說快速的進行下一次打印的時候，我們只需要簡單的把上一次打印完的東西拖出來，在外面進行后處理。
    （圖示）這也是我們的專利的技術(shù)，我們的供粉采用的是主動式的供粉的方式，同時可以節(jié)省我們的材料，它里面所有的粉末都可以。
    電子束這一塊的東西就相當于我們激光里面的激光器和分設(shè)的鎮(zhèn)靜，對電子束來說是電子箱和電源一套光學的系統(tǒng)，我們通過這個實現(xiàn)了電子束高效的控制，同時通過一個分時的掃描。
    我們有一個獨創(chuàng)的網(wǎng)格掃描的控制，一方面提高粉床的高度，這樣的話避免我們的變形巧取，我們的最高溫度可以達到1100到1200度，我們希望在打印之后不需要通過CT的檢測就可以發(fā)現(xiàn)一些潛在的缺陷呢？這里面有一個在線的監(jiān)控，我們通過一個光學的相機逐層的拍攝，我們通過逐層檢查打印的界面，有一個界面它可能有一個大的孔隙的話，我們可以及時地判斷這個零部件有一個質(zhì)量的檢查。
    同時我們的設(shè)備還有一些配套的耗材（圖示）
    安全和環(huán)保設(shè)計：
    對于電子束來說，你會有非常多的關(guān)于安全和環(huán)保方面的問題，因為我們在使用設(shè)備的，最重要的就是安全，所有的科技也應該是以人為本，以安全是作為第一的。
    激光有的都有，都有粉末，大家都涉及到粉末，帶上口罩。這里的電子束有一個特殊的特點，它有輻射。當電子轟擊一個金屬材料的時候會產(chǎn)生一個X的射線，對人體有潛在的傷害，但是設(shè)備本身不存在傷害源的。我們在設(shè)計的時候，我們采用非常厚的不銹鋼防止射線從真空室里面泄露出來，在所有的觀察窗口都希望用含鉛的玻璃。
    我們最終還需要在里面打印鎢合金，還有在它打印的時候，所有的門都要關(guān)閉的，同時任何一個門打開的話，我的電子束要停止工作。
    射線在建廠的時候會涉及到環(huán)評，2017年年底的時候環(huán)保部發(fā)布了一個分類，三類是最低的等級，它一般人員不會產(chǎn)生放射性的損傷，這里面是沒有電子束3D打印機的，因為那時候是非常低的設(shè)備。我們的用戶直接買我們的設(shè)備是不需要報環(huán)保部審批的，但是對我們的生產(chǎn)的銷售活動是有一個三類銷售的管理。所以我們希望通過這樣的機會，跟大家一起，也許下一次修訂的時候，電子束3D打印設(shè)備對已經(jīng)受到普遍認可的設(shè)備，也可以加入到三類設(shè)備的裝置里面去，對整個行業(yè)的發(fā)展也是一個有利的動作。
    另外一個是高電壓，我們對電子束加速的電壓有六千千瓦，高壓部分的位置在真空室上部，電子束槍，電氣柜內(nèi)，高壓電源。
    另外一個是高溫，打印的時候我們真空室特別是觀察窗口這個地方，電子搶內(nèi)部，線圈驅(qū)動會有一個高溫，我們設(shè)計的時候外部的緯度不會超過50度，不會對人體有燙傷。
    （圖示）這是一個真空室的門口，如果里面的溫度高于100攝氏度的時候，你是沒有辦法往里面送空氣的，這里面主要是為了防止燙傷，另一方面保證粉末的安全，防止它過早的時候暴露在空氣中造成氧化。
    粉塵的爆炸的防護，（圖示）這個是國外的圖。
    吸塵器防爆真空或電動吸塵器，我們是使用ATEX21—22區(qū)防爆的吸塵器，我們現(xiàn)在配備兩臺，一種是回收真空室內(nèi)的潔凈的粉末。一種是清理地面的粉末，防止滑倒。同時在使用的過程中，吸塵器保持良好的接地。
    我們的設(shè)備有一個粉末回收的系統(tǒng)，這個是電子束3D打印完之后的狀態(tài)，我們有一個專門的系統(tǒng)，我們叫它PRS系統(tǒng)，我們把零件拿到里面相當于是一個噴砂的系統(tǒng)，把沒有熔化的粉末打掉，這些粉末它會在內(nèi)部以后有一個循環(huán)，它是可以暫時利用的。經(jīng)過PRS處理之后，它的粉末可以再利用。這臺設(shè)備是要有防爆的要求的，我們目前希望有一個認證。在這臺設(shè)備的設(shè)計和制作的時候，一定要有一個良好的接地和良好的密封，我們會把低于45微米以下的顆粒進行一個分離，它可以滿足我們打印的需求，同時有更高的安全性。
    如果說這個真空抽真空的時候有一個故障，比如說忘了關(guān)門了或者說這個門沒有關(guān)嚴，我們會自動的采取一些真空的系統(tǒng)。另外放電在打印的過程中經(jīng)常發(fā)生的，打印的時候粉末上去會進入到產(chǎn)生電子的系統(tǒng)里面去，有的時候產(chǎn)生6萬付的短時間的短路，這樣的情況下，我們的設(shè)備會進行自動的暫停，等高壓暫停以后再進行打印。
    另外在打印的時候我們怎么樣實現(xiàn)無人值守，有一些時候我們要自動停止，比如少里面的粉用完了，我們有相應的檢測的系統(tǒng)。比如說一些核心的部件，高壓的電源，產(chǎn)生的故障或者說失效，它可以停止。還有冷卻水的溫度，會有一個自動報警的過程，這是我們從設(shè)備大量使用的時候做得考慮。
    謝謝大家！