专访清华大学林峰：电子束和激光选区复合金属3D打印技术

2019年9月19-21日，IAME中国（西安）国际3D打印博览会暨高峰论坛在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技创新的开放合作共享交流平台，汇聚全球顶尖的增材制造（3D打印）领域成果及人才，促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体，到西安现场全程报道。

△南极熊专访清华大学林峰教授

在展会现场，南极熊专访了清华大学林峰教授。
△南极熊专访清华大学林峰教授


林峰教授主要的研究领域为电子束选区熔化（EBSM）增材制造（3D打印）技术，该技术利用高能电子束在三维模型数据的驱动下直接制造高度致密的金属实体零件。该技术可广泛应用于新金属材料研发、高性能复杂零件制造、航空航天零部件和个性化医学植入体制造等领域。

电子束和激光选区复合（EBM+SLM）的金属3D打印技术原理

南极熊：林教授您好，我是南极熊3D打印网的记者，今天您介绍了一种电子束和激光选区复合的金属3D打印技术，您能再给我们介绍一下这种复合工艺吗？

林峰教授：这种复合工艺，从形式上讲，就是在电子束旁边加了一个激光的扫描振镜，来实现在同一个区域既能用激光扫描，也可以使用电子束扫描。其出发点是因为电子束和激光有很多互补的特点：电子束主要是功率密度高、效率高、可以加热粉末床，但是它的光斑比较粗，加工的表面质量差一些；激光的好处就是精度高，表面光洁度比较好，不足的地方是能量相对弱，加热效率低一点，所以它的粉末床温度比较低。所以它们有很好的互补特点，那就想办法把他们集成在一起。现在看来，两者结合起来以后，确实能够获得一些更加宽泛的工艺选择范围。

EBM+SLM复合金属3D打印的优势

南极熊：打印成型效率会有一定的提高吗？材料的选择是否可以更加广泛？

林峰教授：如果是在同样的精度条件下，它的成型效率应该比纯粹用单一能源要高很多，因为电子束可以更快地去填充中间的扫描区域，这是它的一个好处；另外从电子束的角度来讲，因为表面粗糙度不是很好，使用激光来成型表面，表面的光洁度会大大的提高，就能够在原来的基础上都能有所改善。

另外应用材料相对来说就会扩大很多。因为有些材料用激光成型是可以的，但是有些材料像脆性材料、反光性比较强的材料，或者是容易产生凝固裂纹的这些材料，激光很难成型；电子束有的时候也有一定的难度，相对来说脆性材料电子束是比较好成型的，但是可能需要更小的光斑，或者是要更好的表面质量，这样激光就能够满足。比如说现在我们做的高强铝合金、钨、钛铝等这些的材料，激光是很难成型这些材料，但是电子束可以做出来，但是它本身质量不如激光好，所以又可以用激光来弥补这个缺陷。

技术的领先性和产业化前景

南极熊：这项技术在国际上有类似的研究吗？该技术的产业化应用有一个什么样的预期？

林峰教授：我觉得国际上现在还没有。有的公司有相应的这种专利，但是他们并没有去开发，而且结构上不是特别合理，所以我们是改进了。从自己的角度提出思路，然后实现，跟他们还是不一样的。从工业上讲的话，应该还是有前景的，尤其是对一些激光或电子束不是非常好成型的材料，像高强铝、钨等一些材料，就是需要比较好抑制裂纹，同时比较好的表面质量，纯粹的单种工艺都不能实现。这种需求还是非常多，在航空航天、能源动力、核电都有这样的需求，如果用这种新的技术能够突破这些材料的高精度、高性能的成型，这个技术在工业方面的前景应该是非常好的。


南极熊：您对国内电子束技术的产业化情况有什么观察，可以分享一下吗？

林峰教授：国内电子束技术的产业化现在发展的比较稳健，也实现了销售，还有设备出口到国外去，并逐步推出专用的工业化应用产品。之前的产品主要针对实验室、研究使用，经过不断改进，提高设备的稳定性可靠性，面向医疗植入体、航空航天的专用设备将陆续推出。另外在国家重点研发计划的支持下，国内开发出了世界上最大的电子束选区熔化设备，不久会有四枪阵列大型设备推出。应该说中国在这个领域的发展还是很有潜力的。

对IAME大会的感受

南极熊：您参加了本次大会，有一些特别的感受吗？

林峰教授：我看今天会场内容还是很丰富的。可以看到很多做设备、服务、材料的企业，做的东西也比以前好了很多，质量提高了很多。这说明我们国内增材制造这几年得到了持续的发展；另外我感觉在这里大家可以很好地交流，相互切磋，相互沟通。IAME中国（西安）国际3D打印博览会暨高峰论坛是很好的一个平台。