專訪清華大學林峰:電子束和雷射選區複合金屬3D列印技術

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D列印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材製造（3D列印）科技創新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材製造（3D列印）領域成果及人才，促進行業各環節、產業鏈的銜接融合。南極熊作為戰略合作媒體，到西安現場全程報導。

南極熊專訪清華大學林峰教授

在展會現場，南極熊專訪了清華大學林峰教授。

南極熊專訪清華大學林峰教授

林峰教授主要的研究領域為電子束選區熔化（EBSM）增材製造（3D列印）技術，該技術利用高能電子束在三維模型數據的驅動下直接製造高度緻密的金屬實體零件。該技術可廣泛應用於新金屬材料研發、高性能複雜零件製造、航空航天零部件和個性化醫學植入體製造等領域。

電子束和雷射選區複合（EBM+SLM）的金屬3D列印技術原理

南極熊：林教授您好，我是南極熊3D列印網的記者，今天您介紹了一種電子束和雷射選區複合的金屬3D列印技術，您能再給我們介紹一下這種複合工藝嗎？

林峰教授：這種複合工藝，從形式上講，就是在電子束旁邊加了一個雷射的掃描振鏡，來實現在同一個區域既能用雷射掃描，也可以使用電子束掃描。其出發點是因為電子束和雷射有很多互補的特點：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，加工的表面質量差一些；雷射的好處就是精度高，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，所以它的粉末床溫度比較低。所以它們有很好的互補特點，那就想辦法把他們集成在一起。現在看來，兩者結合起來以後，確實能夠獲得一些更加寬泛的工藝選擇範圍。

EBM+SLM複合金屬3D列印的優勢

南極熊：列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，它的成型效率應該比純粹用單一能源要高很多，因為電子束可以更快地去填充中間的掃描區域，這是它的一個好處；另外從電子束的角度來講，因為表面粗糙度不是很好，使用雷射來成型表面，表面的光潔度會大大的提高，就能夠在原來的基礎上都能有所改善。

另外應用材料相對來說就會擴大很多。因為有些材料用雷射成型是可以的，但是有些材料像脆性材料、反光性比較強的材料，或者是容易產生凝固裂紋的這些材料，雷射很難成型；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量，這樣雷射就能夠滿足。比如說現在我們做的高強鋁合金、鎢、鈦鋁等這些的材料，雷射是很難成型這些材料，但是電子束可以做出來，但是它本身質量不如雷射好，所以又可以用雷射來彌補這個缺陷。

技術的領先性和產業化前景

南極熊：這項技術在國際上有類似的研究嗎？該技術的產業化應用有一個什麼樣的預期？

林峰教授：我覺得國際上現在還沒有。有的公司有相應的這種專利，但是他們並沒有去開發，而且結構上不是特別合理，所以我們是改進了。從自己的角度提出思路，然後實現，跟他們還是不一樣的。從工業上講的話，應該還是有前景的，尤其是對一些雷射或電子束不是非常好成型的材料，像高強鋁、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量，純粹的單種工藝都不能實現。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能夠突破這些材料的高精度、高性能的成型，這個技術在工業方面的前景應該是非常好的。

南極熊：您對國內電子束技術的產業化情況有什麼觀察，可以分享一下嗎？

林峰教授：國內電子束技術的產業化現在發展的比較穩健，也實現了銷售，還有設備出口到國外去，並逐步推出專用的工業化應用產品。之前的產品主要針對實驗室、研究使用，經過不斷改進，提高設備的穩定性可靠性，面向醫療植入體、航空航天的專用設備將陸續推出。另外在國家重點研發計劃的支持下，國內開發出了世界上最大的電子束選區熔化設備，不久會有四槍陣列大型設備推出。應該說中國在這個領域的發展還是很有潛力的。

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：我看今天會場內容還是很豐富的。可以看到很多做設備、服務、材料的企業，做的東西也比以前好了很多，質量提高了很多。這說明我們國內增材製造這幾年得到了持續的發展；另外我感覺在這裡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列印博覽會暨高峰論壇是很好的一個平臺。