In den letzten Jahren hat sich Chinas Technologie für den 3D-Metalldruck mit Laser rasant entwickelt. Führende Unternehmen wie Polylite, Farsoon High-Tech und Yijia 3D verzeichnen ein starkes Wachstum. Auch im Bereich des Elektronenstrahl-3D-Metalldrucks ist mit SLAM, dem Hersteller von SEBM-Anlagen, ein starker chinesischer Anbieter vertreten.

Selbstentwickelte Elektronenkanone, intensiv beschäftigt mit Anlagen zum selektiven Schmelzen mittels Elektronenstrahl.

Im Gegensatz zu den meisten Herstellern von Metall-3D-Drucksystemen, die Laser als Wärmequelle nutzen, hat sich SLAM intensiv mit der Elektronenstrahl-3D-Metalldrucktechnologie auseinandergesetzt. Als eines der ersten Unternehmen in China, das kommerzielle SEBM-Anlagen entwickelte, brachte SLAM 2015 die erste kommerzielle SEBM-Anlage in China auf den Markt und erzielte einen Absatz mehrerer Einheiten. Um die Herausforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Kosten und Lebensdauer von Elektronenkanonen zu bewältigen, entwickelte SLAM 2023 eine branchenweit einzigartige, hochpräzise, ​​leistungsstarke, langlebige und kostengünstige indirekte Heiz-Elektronenkanone mit unabhängiger Steuerung der Kernkomponenten. Die maximale Leistung der Elektronenkanone erreicht 10 kW, wodurch das großflächige Druckbett schnell auf über 1100 °C vorgeheizt und die Druckeffizienz deutlich gesteigert werden kann. Durch die Anpassung der Kathodenquerschnittseigenschaften lässt sich der Strahlfleckdurchmesser bei hoher Leistung steuern und über einen großen Bereich präzise mit einem Durchmesser von unter 100 μm abtasten. Dies erfüllt die hohen Anforderungen an die Bauteilfertigung. Die Lebensdauer der gesamten Kathodenbaugruppe der Elektronenkanone beträgt mehr als 500 Stunden, was der tatsächlichen Lebensdauer der direkt beheizten LaB6-Kathode entspricht und die Fertigungsanforderungen für großformatige Teile oder Langzeit-Stapeldruck erfüllt; die Kathode und die Hilfskathode der Elektronenkanone bestehen beide aus Wolfram, das eine gute Haltbarkeit aufweist und weniger als 30 % der Kosten der direkt beheizten LaB6-Kathode verursacht, wodurch die Produktionsanforderungen für kostengünstige Serienteile erfüllt werden.

Gleichzeitig hat SLAM angesichts unterschiedlicher Anwendungsszenarien eine Reihe von SEBM-Anlagen mit verschiedenen Leistungsstufen von zwischengeheizten Elektronenkanonen auf den Markt gebracht. Die Anlagen sind mit einer Vielzahl von Materialbearbeitungspaketen ausgestattet, darunter Titanlegierungen, hochschmelzende Metalle und Legierungen, TiAl und andere spröde und schwer zu bearbeitende Werkstoffe, Kupfer und Kupferlegierungen, Zirkonium und Zirkoniumlegierungen, Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen, Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe usw. Der Fokus liegt auf den drei Hauptanwendungsbereichen Medizin, Automobil und Luftfahrt.

●Y150 Plus, Elektronenkanonenleistung 3 kW, Formgenauigkeit ±0.1 mm, Formgröße 170×170×180 mm;

●T200, Elektronenkanonenleistung 6 kW, Formgenauigkeit ±0.2 mm, Formgröße 200×200×450 mm;

●H400, Elektronenkanonenleistung 10kW, Formgenauigkeit ±0.3mm, Formgröße 400×400×400 mm.

Mithilfe von SEBM-Anlagen mit unabhängigen Schutzrechten hat SLAM drei wichtige Anwendungsszenarien in der Medizin, der Automobilindustrie und der Luftfahrt entwickelt, insbesondere im Medizin- und Automobilbereich. SEBM-basierte orthopädische Implantate und Induktionsspulen aus Reinkupfer werden in zahlreichen nachgelagerten Unternehmen in Serie gefertigt. Im Jahr 2023 wurden die SLAM-Projekte „Standardisierte additive Massenfertigung von Trabekel-Acetabulumschalen“ und „Serienproduktion von Hochfrequenz-Induktionsspulen aus Reinkupfer für Automobile“ vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie in die Liste typischer Anwendungsszenarien für die additive Fertigung aufgenommen. SLAM betreibt ein 3D-Druckzentrum mit über 50 installierten SEBM-Anlagen und bietet seinen Kunden die Serienfertigung komplexer Metallteile an.

Im medizinischen Bereich bietet die SEBM-Technologie Vorteile wie hohe Produktionseffizienz, niedrige Produktionskosten, hohe Vakuumreinheit, den Verzicht auf Wärmebehandlung und Drahtschneiden. SLAM hat mit eigenen Anlagen und Verfahren, die über eigene Schutzrechte verfügen, eine SEBM-Produktionslinie für orthopädische Implantate mit einer Jahreskapazität von 100,000 Stück aufgebaut. Das Unternehmen liefert hauptsächlich kundenspezifische und standardisierte Rohlinge für orthopädische Implantate an Medizintechnikunternehmen. Zu den Produkten gehören Hüftgelenkpfannen, Knieprothesen und intervertebrale Fusionsimplantate. Die verwendeten Materialien umfassen Titanlegierungen, Tantal- und Zirkon-Niob-Legierungen. Neben der signifikanten Verkürzung des Produktionszyklus sind die Herstellungskosten für orthopädische Implantatrohlinge nach der SEBM-Serienfertigung niedriger als bei der herkömmlichen Methode mit maschineller Bearbeitung und anschließender Spritzlackierung.

Dank der unternehmensinternen Vorteile bei Rohstoffen, Ausrüstung und Technologie konnte SLAM Wuhan Mindray Technology Co., Ltd. erfolgreich dabei unterstützen, die Zulassung ihres Hüftpfannensystems aus Titanlegierung als Medizinprodukt der Klasse III durch die staatliche Arzneimittelbehörde im Juli 2023 zu erhalten (Registrierungsnummer: Nationale Medizinische Registrierung 20233131002). Die Porenstruktur der mittels Elektronenstrahl-3D-Druck hergestellten Hüftpfanne zeichnet sich durch eine 100%ige dreidimensionale Vernetzung, hohe Porosität, einen hohen Reibungskoeffizienten und geringe Pulverrückstände aus. Sie bietet eine ausgezeichnete Knocheneinwachsung und gewährleistet die initiale Stabilität der Prothese nach der Implantation. Von der Projektplanung bis zur Zertifizierung vergingen lediglich zwei Jahre. Berichten zufolge handelt es sich bei diesem Produkt um die erste orthopädische Implantatprothese in China, die mit heimischer Elektronenstrahl-3D-Drucktechnologie und vollständig inländischem Pulver hergestellt wurde und die Zulassung als Medizinprodukt der Klasse III erhalten hat. Dies belegt, dass in China ein unabhängiges, kontrollierbares und innovatives Forschungs- und Produktionssystem für elektronenstrahl-3D-gedruckte orthopädische Implantate etabliert wurde. Der Verantwortliche von SLAM erklärte, dass das Unternehmen neben Mindray auch zahlreiche andere Medizinproduktehersteller bei der Registrierung und Zertifizierung von SEBM-Implantaten unterstützt habe.

Im Automobilbereich hat SLAM, um den technischen Anforderungen der induktiven Erwärmung von Automobilteilen gerecht zu werden, ein Umformverfahren für Reinkupfer und bestimmte Kupferlegierungen entwickelt und mittels Elektronenstrahl-3D-Druck hergestellte Induktionsspulen aus Reinkupfer in verschiedenen Spezifikationen gefertigt. Verglichen mit herkömmlichen Umformverfahren für Induktionsspulen, die auf Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen und Schweißen basieren, bieten die mittels Elektronenstrahl-3D-Druck hergestellten Reinkupfer-Induktionsspulen Vorteile wie hohe Dichte (>99.8 %), lange Lebensdauer (2- bis 3-mal länger als bei herkömmlichen Verfahren), exzellente Leitfähigkeit (98 % IACS), kurze Fertigungszeiten (die Fertigungszeit pro Bauteil beträgt nur 1/7 der herkömmlichen Verfahren) und gute Härtungseigenschaften.

Die mit der SEBM-Technologie von SLAM gedruckten Induktionsspulen aus reinem Kupfer wurden bereits in den Produktionslinien von mehr als 20 führenden Automobilzulieferern in China verifiziert und eingesetzt, und die Benutzererfahrung ist hervorragend.

Im Luft- und Raumfahrtbereich hat SLAM speziell für die Fertigung von Titan-Aluminium-Triebwerkschaufeln das Modell T200 entwickelt. Dank einer Druckhöhe von 450 mm können zwei Lagen Metallschaufeln übereinandergelegt werden. Ein Verantwortlicher von SLAM erklärte, dass beim Drucken von Titan-Aluminium-Materialien mit der SLM-Technologie sehr hohe Spannungen auftreten, die zu Verformungen oder Rissen führen können. Beim Drucken mit der SEBM-Technologie hingegen kann die Vorheiztemperatur sogar Tausende von Grad Celsius erreichen. Dadurch werden die Spannungen effektiv reduziert und die Stabilität sowie die effiziente Formgebung der Schaufeln gewährleistet. Darüber hinaus hat sich die Technologie in zahlreichen Bereichen bewährt, beispielsweise bei der schnellen Konstruktion und Fertigung von dünnwandigen Bauteilen, komplexen Strukturen, Leichtbaukonstruktionen und Bauteilen mit integrierter Struktur und Funktion.

Im Gegensatz zu SLM-Anlagen, die in der Regel importierte Laser und Galvanometer verwenden, müssen EBM-Anlagenhersteller die Kernkomponenten der Elektronenkanone selbstständig beherrschen und stehen daher vor größeren Herausforderungen. Da sich die SLM-Technologie in Richtung Metergröße und Mehrlaserstrategie entwickelt, möchte SLAM seine Forschung an der Einzel-Elektronenkanone intensivieren und plant, im nächsten Schritt Anlagen zu entwickeln, die mit einer einzigen Elektronenkanone Formgrößen von 650 mm realisieren können.