电子束金属3D打印已实现国产替代和超越，未来发展潜力大，南极熊实地探访西安赛隆

导读：近年来，国内的金属激光3D打印技术蓬勃发展，以铂力特、华曙高科、易加三维等为代表的头部企业增长迅速，而在电子束金属3D打印领域同样拥有一家国产实力厂商，那就是由西北有色金属研究院孵化控股的西安赛隆增材技术股份有限公司。

2024年2月，南极熊实地探访了西安赛隆，虽然之前在多个场合关注到赛隆的技术，但实地探访工厂依然让南极熊感到震撼。西安赛隆深耕金属3D打印领域多年，凭借两大核心技术走在行业前列，一项是电子束选区熔化（SEBM）技术与装备，另外一项是等离子旋转电极雾化制粉（PREP）技术与装备，同时还提供3D打印复杂金属构件的研发、生产、销售、技术服务等业务。

自研电子枪，深耕电子束选区熔化设备

与大多数采用激光作为热源的金属3D打印厂商不同，西安赛隆一直深耕电子束金属3D打印技术，作为国内最早开展商业化SEBM设备开发的企业之一，西安赛隆在2015年便推出国内首台商业化SEBM设备并实现多台销售。2023年，针对电子枪精度、成本、寿命的瓶颈，西安赛隆又研制出了行业独有的高精度、大功率、长寿命的低成本间热式电子枪，并实现核心器件的自主可控。电子枪最大功率达到10kW, 可快速将宽幅面粉床预热至1100℃以上并大幅提高了打印效率；通过改变阴极的截面特性，使得高功率下的束斑直径可控，可实现宽幅域下束斑直径＜100μm的精确扫描，满足零件高精度的制造要求；电子枪整体阴极组件使用寿命在500小时以上，与直热式LaB6阴极的实际使用时间相当，满足大尺寸零件或长时间堆叠打印的制造需求；电子枪阴极与辅助阴极均采用钨材质，耐造性好，成本不足直热式LaB6阴极的30%，满足零件批量低成本的生产需求。

与此同时，面向不同的应用场景，西安推出了搭载不同功率间热式电子枪的系列化SEBM设备。设备搭载钛合金、难熔金属及合金、TiAl等脆性难加工材料、铜及铜合金、锆及锆合金、镍基高温合金、陶瓷/金属复合材料等多种材料工艺包。

●Y150 Plus，电子枪功率3kW，成形精度±0.1mm，成形尺寸170×170×180mm；

●T200，电子枪功率6kW，成形精度±0.2mm，成形尺寸200×200×450mm；

●H400，电子枪功率10kW, 成形精度±0.3mm，成形尺寸400×400×400 mm。

△ 西安赛隆系列化SEBM设备

聚焦医疗、汽车、航空三大应用领域

利用自主知识产权的SEBM设备，西安赛隆已打造医疗、汽车及航空三大应用场景，尤其是是医疗和汽车领域，SEBM骨科植入物和纯铜感应线圈已在下游多家企业进行批量应用。2023年，西安赛隆“标准化骨小梁髋臼杯批量增材制造”、“汽车用纯铜高频感应线圈批量生产”入选工信部增材制造典型应用场景名单。南极熊在现场看到，西安赛隆已建立起SEBM设备装机量超50台的3D打印中心，为客户提供复杂金属零部件的批量制造。

在医疗领域，SEBM技术具有生产效率高、生产成本低、真空环境洁净度高、无需热处理、线切割的优势。依靠自主知识产权的设备及工艺，西安赛隆建立了年产能10万件的SEBM骨科植入物生产线，主要向医疗器械公司提供定制化和标准化的骨科植入物毛坯样，产品涉及髋臼杯、膝关节假体和椎间融合器，材料涉及钛合金、钽及锆铌合金。据南极熊了解，除了生产周期大幅降低之外，SEBM批量生产后，骨科植入物毛坯样的制造成本要低于传统机加+喷涂的方法。

△赛隆SEBM骨科植入物生产线

此外，借助公司在原料、设备、工艺方面的优势，西安赛隆于2023年7月成功助力武汉迈瑞科技有限公司钛合金髋臼杯系统获得国家药品监督管理局颁发的三类医疗器械注册证（注册证编号：国械注册20233131002），该电子束3D打印髋臼杯的孔结构具有100%三维连通、高孔隙率、高摩擦系数以及低粉末残留的特点，具有优异的骨长入效果，保证假体植入后的初期稳定性，项目从立项到取证仅耗时2年。据悉，这款产品是我国首个采用国产电子束3D打印设备+全流程国产粉末取得三类医疗器械注册证的骨科植入假体产品，标志着国产电子束3D打印骨科植入物建立起自主可控、自主创新的研发、生产体系。西安赛隆负责人表示，除了迈瑞之外，公司还助力多家医疗器械公司开展SEBM骨科植入物注册取证工作。

△迈瑞骨科获批的SEBM钛合金髋臼杯系统

△赛隆T200型设备，一次可以打印288个髋臼杯

在汽车领域，针对汽车零部件感应加热的技术需求，西安赛隆研发出纯铜及部分牌号铜合金的成形工艺包，并开发出多种规格的电子束3D打印纯铜感应线圈。相对于传统感应线圈依靠车、铣、钻、磨切+拼焊的成形方法，电子束3D打印纯铜感应线圈具有致密度高（＞99.8%）、使用寿命长（为传统工艺的2-3倍）、导电性能优（导电率98%IACS）、制造周期短（单个零件为传统工艺的1/7）、硬化效果好等优势。

南极熊获悉，目前西安赛隆SEBM技术打印的纯铜感应线圈已在国内20余家汽车零部件龙头企业的生产线进行验证及应用，用户使用效果优异。

△电子束3D打印纯铜感应线圈

在航空航天领域，针对发动机钛铝叶片制造需求，西安赛隆专门开发了T200机型，450mm的打印高度可以堆叠两层金属叶片。西安赛隆负责人表示，钛铝材料如果使用SLM技术打印，应力非常大，很容易变形或开裂，而采用SEBM技术打印，预热温度甚至可达上千摄氏度，能够有效降低应力，保证叶片稳定、高效成型。此外，在薄壁件、复杂结构、轻量化减重结构、结构功能一体化等零件的快速设计和制造方面实现了大量应用。

△电子束3D打印航空发动机钛铝叶片，一次可以打印24件

细粉收得率超70%，等离子旋转电极雾化制粉技术

几年前，西安赛隆在经开区渭河南岸购置了新的地块，目前已经建成一栋办公楼和两栋厂房，部分已经投入使用。在新厂房内，南极熊看到一排排等离子旋转电极雾化制粉（PREP）设备正在忙碌的生产。

与真空气雾化制粉设备不同，等离子旋转电极雾化制粉设备尺寸并不大，其制粉原理是等离子体将高速旋转的电极棒端部起弧、熔化，利用电极棒高速旋转产生的离心力将熔融金属抛出雾化为细小液滴，雾化的金属液滴与气氛环境热交换后冷凝成球形粉末。

负责人告诉南极熊，目前西安赛隆向行业内提供超高转速等离子旋转电极雾化制粉设备，包括用于科研的机型SLPA-D桌面级制粉设备和SLPA-N新一代工业级制粉设备。近期，公司桌面级制粉设备首次进入海外市场，在海外某公司完成装机、培训及试生产工作，顺利交付给客户。

△西安赛隆桌面级PREP制粉设备海外客户交付现场

△西安赛隆等离子旋转电极雾化制粉设备

SLPA-D桌面级制粉设备适用高校、科研院所小批量多品种球形金属粉末的快速研发，电极棒工作转速~50000rpm，可实现钛合金、铝合金、高温合金、高熵合金、难熔合金、铜合金等数百种新材料牌号粉末的快速研制、开发和小批量生产。

SLPA-N工业级制粉设备适合镍基高温合金和高强钢等细粉(15-53m)批量化生产。集合高转速和批量化优势，可实现直径50mm、75mm的电极棒在24000~30000rpm转速下的连续稳定生产，细粉收得率超过70%，具有能量密度高、粉末品质高等特点。

△PREP球形金属粉末表面形貌（左：IN718粉末，右：Ta粉末）

在实地探访西安赛隆的过程中，南极熊也解答了心中的多个疑惑，与SLM设备普遍采用进口激光器和振镜不同，EBM设备厂商需要自主攻克电子枪核心器件，因此需要面临更多的挑战性。而对于SLM技术纷纷向米级尺寸和多激光策略方向发展，赛隆更希望在单电子枪方案中深耕，下一步计划开发通过单电子枪实现650mm成型尺寸的设备。