以“微”制“微”——面向介观尺度金属微零件制造的电子束增材微制造系统

简介

1.研发背景：昆虫级别的仿生机器人不仅受到更小的机电系统、控制处理系统、微能量源等方面制约，由微小金属零件构成的机械系统同样是亟待突破的瓶颈。然而，这种微零件（通常在介观尺度，即1~100μm）无法由机械加工和先进微制造技术实现。电子束熔融技术可实现金属零件制造，但受制于电子束斑直径过大而无法实现微制造，在保证功率密度足够的前提下，将电子束斑直径降低1~2个数量级，方可实现微制造。针对上述痛点，本团队提出基于高能电子微束的金属微零件增材微制造技术方案，并开发出最核心的高能微束电子枪及专用电子光学系统。本创业计划以此为基础，通过筹集外部资金，进一步进行开发和商业运营，完成电子束增材微制造系统的研制，带动基于金属微零件科技领域的创新发展。 2.产品介绍：目标产品为电子束增材微制造系统，包括基于高能微束电子枪的专用电子光学系统、配套高压电源、上位机、真空系统等组成部分。目前已完成微束电子枪及电子光学系统的开发，该部分属于填补空白的独创性工作，具有自主知识产权，其余部分均可通过外部供应商获得。项目开发过程：(1)灯丝材料可控制备。通过自有气相生长工艺制备出微束电子枪专用灯丝材料——准宏观碳纤维，实现关键材料的突破性进展；(2)基于准宏观碳纤维的高能微束电子枪研制。以准宏观碳纤维为冷阴极灯丝，研制微束电子枪器件；(3)微束电子枪专用电子光学系统研制。开发出静电透镜、磁透镜和偏转透镜，实现电子束聚焦及偏转控制。(4)拟筹集资金完成系统开发。将上述零部件与外部配套设施相结合，实现电子束增材微制造系统设计研制；(5)核心技术参数及功能。该系统所产生的电子束斑直径为0.1~10μm，功率密度为10^5~10^8W/cm^2，主要用于介观尺度金属微零件的制造。 3.应用价值：(1)填补介观尺度金属微零件制造空白，助力国家在增材微制造新型产业链占据领先地位；(2)实现高精密电子微束焊；(3)准宏观碳纤维可用作STM探针，微束电子枪可用作SEM、TEM电子源。 4.转化前景：以高端制造为导向，以结构性改革为突破，开发和优化电子束增材微制造系统，以便在高端智能制造装备及其产业链占据有利位置。此外，在新技术革命推动下，将数字化与智能化进行产业融合，聚焦优势资源，引导企业和社会资本投入，提升企业的工业生产能力，为我国走向高质量发展提供坚实保障，以实现向新一轮全球高端产业和价值链中的高端环节攀升。