專訪清華大學(xué)林峰：電子束和激光選區(qū)復(fù)合金屬3D打印技術(shù)

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報(bào)道。

△南極熊專訪清華大學(xué)林峰教授

在展會現(xiàn)場，南極熊專訪了清華大學(xué)林峰教授。
△南極熊專訪清華大學(xué)林峰教授


林峰教授主要的研究領(lǐng)域?yàn)殡娮邮�選區(qū)熔化（EBSM）增材制造（3D打�。┘夹g(shù)，該技術(shù)利用高能電子束在三維模型數(shù)據(jù)的驅(qū)動下直接制造高度致密的金屬實(shí)體零件。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于新金屬材料研發(fā)、高性能復(fù)雜零件制造、航空航天零部件和個性化醫(yī)學(xué)植入體制造等領(lǐng)域。

電子束和激光選區(qū)復(fù)合（EBM+SLM）的金屬3D打印技術(shù)原理

南極熊：林教授您好，我是南極熊3D打印網(wǎng)的記者，今天您介紹了一種電子束和激光選區(qū)復(fù)合的金屬3D打印技術(shù)，您能再給我們介紹一下這種復(fù)合工藝嗎？

林峰教授：這種復(fù)合工藝，從形式上講，就是在電子束旁邊加了一個激光的掃描振鏡，來實(shí)現(xiàn)在同一個區(qū)域既能用激光掃描，也可以使用電子束掃描。其出發(fā)點(diǎn)是因?yàn)殡娮邮�和激光有很多互補(bǔ)的特點(diǎn)：電子束主要是功率密度高、效率高、可以加熱粉末床，但是它的光斑比較粗，加工的表面質(zhì)量差一些；激光的好處就是精度高，表面光潔度比較好，不足的地方是能量相對弱，加熱效率低一點(diǎn)，所以它的粉末床溫度比較低。所以它們有很好的互補(bǔ)特點(diǎn)，那就想辦法把他們集成在一起。現(xiàn)在看來，兩者結(jié)合起來以后，確實(shí)能夠獲得一些更加寬泛的工藝選擇范圍。

EBM+SLM復(fù)合金屬3D打印的優(yōu)勢

南極熊：打印成型效率會有一定的提高嗎？材料的選擇是否可以更加廣泛？

林峰教授：如果是在同樣的精度條件下，它的成型效率應(yīng)該比純粹用單一能源要高很多，因?yàn)殡娮邮�可以更快地去填充中間的掃描區(qū)域，這是它的一個好處；另外從電子束的角度來講，因?yàn)楸砻娲植诙炔皇呛芎�，使用激光來成型表面，表面的光潔度會大大的提高，就能夠在原來的基礎(chǔ)上都能有所改善。

另外應(yīng)用材料相對來說就會擴(kuò)大很多。因?yàn)橛行┎牧嫌眉す獬尚褪强梢缘�，但是有些材料像脆性材料、反光性比較強(qiáng)的材料，或者是容易產(chǎn)生凝固裂紋的這些材料，激光很難成型；電子束有的時候也有一定的難度，相對來說脆性材料電子束是比較好成型的，但是可能需要更小的光斑，或者是要更好的表面質(zhì)量，這樣激光就能夠滿足。比如說現(xiàn)在我們做的高強(qiáng)鋁合金、鎢、鈦鋁等這些的材料，激光是很難成型這些材料，但是電子束可以做出來，但是它本身質(zhì)量不如激光好，所以又可以用激光來彌補(bǔ)這個缺陷。

技術(shù)的領(lǐng)先性和產(chǎn)業(yè)化前景

南極熊：這項(xiàng)技術(shù)在國際上有類似的研究嗎？該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有一個什么樣的預(yù)期？

林峰教授：我覺得國際上現(xiàn)在還沒有。有的公司有相應(yīng)的這種專利，但是他們并沒有去開發(fā)，而且結(jié)構(gòu)上不是特別合理，所以我們是改進(jìn)了。從自己的角度提出思路，然后實(shí)現(xiàn)，跟他們還是不一樣的。從工業(yè)上講的話，應(yīng)該還是有前景的，尤其是對一些激光或電子束不是非常好成型的材料，像高強(qiáng)鋁、鎢等一些材料，就是需要比較好抑制裂紋，同時比較好的表面質(zhì)量，純粹的單種工藝都不能實(shí)現(xiàn)。這種需求還是非常多，在航空航天、能源動力、核電都有這樣的需求，如果用這種新的技術(shù)能夠突破這些材料的高精度、高性能的成型，這個技術(shù)在工業(yè)方面的前景應(yīng)該是非常好的。


南極熊：您對國內(nèi)電子束技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化情況有什么觀察，可以分享一下嗎？

林峰教授：國內(nèi)電子束技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)在發(fā)展的比較穩(wěn)健，也實(shí)現(xiàn)了銷售，還有設(shè)備出口到國外去，并逐步推出專用的工業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品。之前的產(chǎn)品主要針對實(shí)驗(yàn)室、研究使用，經(jīng)過不斷改進(jìn)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性可靠性，面向醫(yī)療植入體、航空航天的專用設(shè)備將陸續(xù)推出。另外在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，國內(nèi)開發(fā)出了世界上最大的電子束選區(qū)熔化設(shè)備，不久會有四槍陣列大型設(shè)備推出。應(yīng)該說中國在這個領(lǐng)域的發(fā)展還是很有潛力的。

對IAME大會的感受

南極熊：您參加了本次大會，有一些特別的感受嗎？

林峰教授：我看今天會場內(nèi)容還是很豐富的�？梢钥吹胶芏嘧鲈O(shè)備、服務(wù)、材料的企業(yè)，做的東西也比以前好了很多，質(zhì)量提高了很多。這說明我們國內(nèi)增材制造這幾年得到了持續(xù)的發(fā)展；另外我感覺在這里大家可以很好地交流，相互切磋，相互溝通。IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇是很好的一個平臺。