3D打印技術，是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力。2024中關村國際技術交易大會上，清華大學科技成果轉化企業清研智束發布了一款電子束3D打印新產品，其技術與這一領域當前主流技術路線截然不同。

2024中關村國際技術交易大會上。

電子束與激光

3D打印技術又稱增材制造技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，逐點逐層累積疊加形成三維實體的新技術。由于它對傳統的工業流程、生產線、生產模式、產業鏈組合產生深刻影響，已成為新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力之一。

3D打印又分為金屬3D打印與非金屬打印。其中，金屬3D打印多以鐵、鈦、鎳、鋼等金屬粉末為原材料，具備定制化、低損耗、精密制造等優勢，廣泛應用于航空航天、軍工、醫療器械等對產品性能要求苛刻的制造領域。相比非金屬3D打印，金屬3D打印的價值量更大、技術壁壘更高、未來應用空間更大。

有研報稱，金屬3D打印的幾種技術路線中，激光選區熔化（SLM）是當前的主流方案。其產品性價比相對占優，技術難度也相對適中。

清華大學機械工程系長聘教授林峰說，在航空航天領域，隨著飛行參數不斷提高，對高溫金屬的增材制造需求越來越高。超燃沖壓發動機進氣道、燃氣輪機渦輪葉片、固體火箭發動機喉襯、高超飛行器端頭等零部件的工作溫度都超過1000℃。高溫金屬材料難以精確成形，使用激光打印極易開裂，但如果使用電子束選區熔化（EBSM）技術，開裂問題能夠解決。

這項技術是以高能電子束為熱源，基于粉末床、CAD（計算機輔助設計）直接驅動的近凈成形金屬增材制造工藝。由于其能量轉換率和吸收率更高、內應力小，成型效果更好。他說，“原來會開裂的材料，現在可以不開裂；原來需要設計很強支撐的結構，現在可以不支撐。”

多槍陣列技術突破

相比激光，金屬3D打印的電子束路線整體性能更優越。但由于電子束需要真空環境，這一技術路線研發難度更大，一段時間以來發展也相對滯后。

在這條路線上，清華大學和清研智束團隊已潛心摸索、艱苦攻關20年。2004年，團隊成員在清華大學成功研發電子束選區熔化技術；2015年，清研智束注冊成立；2017年，自主開發第一代商業化設備；2021，推出Qbeam系列產品；2023年，發布多槍陣列設備。

多槍陣列設備。

清華大學博士、北京清研智束科技有限公司研發總監趙德陳說，技術團隊發現，市場現存電子束增材設備，成形尺寸有限，是限制其在航空航天領域生產應用的關鍵。“當前國內外主流的商業化電子束增材制造設備，成形尺寸都不超過400毫米；而現實情況是，很多航空航天鈦合金零部件尺寸超過500毫米。”

為實現大尺寸鈦合金零部件批產解決方案，技術團隊選擇多槍陣列技術。自2018年起，積累了解決多槍干擾、多電子束拼接校準等關鍵技術20余項，成功研發Qbeam S600新產品。產品滿足航天航空對大尺寸、結構復雜構件的高效率、低成本批量化制造需求。打印尺寸擴大到600×600×700毫米，鈦合金極限沉積效率提高至每小時400立方厘米以上。

相比激光設備，這款電子束設備具有顯著批產經濟型。以某醫療應用典型零件為例，其單件成本降低47%，設備產出提高至200%。

技術領先。

“據我所知，清研智束是全球唯一一家開展多槍陣列研究并產業化的設備制造商。”趙德陳說。

他表示，清研智束已經掌握電子束3D打印多槍陣列全套核心技術，多款更大尺寸設備處于在研和已完成項目驗收階段。多槍陣列技術，或將開啟電子束增材制造的新篇章。

欄目主編：樊江洪

文字編輯：樊江洪

本文作者：肖彤

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