实现电子束宽幅扫描的控制装置以及增材制造设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种能够实现电子束宽幅扫描的控制装置以及能够实现电子束宽幅扫描的增材制造设备，其中实现电子束宽幅扫描的控制装置，包括：阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、偏转线圈、消像散线圈和DA转换器，所述消像散线圈，用以产生消像散磁，通过产生的消像散磁场来控制像散程度；不仅可以通过改变聚焦线圈电流来使电子束良好聚焦，还可以通过改变消像散线圈电流来消除电子束的像散，使得束斑仍然保持较高质量。另外本实用新型专利技术还大大提升了电子束选区熔化增材制造(3D打印)的成形质量，特别是打印较大零件的精度和质量。而本实用新型专利技术中的电子束宽幅扫描的控制方法，方法可操作性强，使的电子束能够在宽幅范围内实现任意路径的高质量扫描。

Control device for realizing wide scanning of electron beam and material increasing manufacturing equipment

The utility model discloses a control device can realize wide scanning electron beam and can realize wide scanning electron beam increasing material manufacturing equipment, control device, wide scanning electron beam which comprises a cathode, grid and anode, focusing coil, deflecting coil, anastigmatic coil and DA converter, the astigmatism coil, used to produce magnetic astigmatism, astigmatism by coming from the magnetic field to control the degree of astigmatism; not only can change the focus to the electron beam current good focusing, also by changing the coil current to eliminate astigmatism astigmatism of the electron beam, the beam spot still maintain high quality. In addition, the utility model can also greatly improve the forming quality of the electron beam selective melting and adding material manufacturing (3D printing), in particular to print the precision and quality of the larger parts. In the utility model, the control method of the wide scanning of the electron beam has the advantages of strong operability and high quality scanning of any path in the wide range.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及增材制造领域，特别涉及一种能够实现电子束宽幅扫描的控制装置以及能够实现电子束宽幅扫描的增材制造设备。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种\自下而上\的制造方法。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，\快速原型制造(RapidPrototyping)\、\三维打印(3DPrinting)\、\实体自由制造(SolidFree-formFabrication)\之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。增材制造，是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来构建三维物体的制造技术。而电子束选区熔化，是增材制造技术中的一种，其基本的工艺步骤如下：1)粉末供应与铺平系统将金属粉末材料在工作平台上铺展成薄层，之后电子束在交变磁场驱动下在粉末层上扫描三维物体的一个截面；2)工作平台下降一个粉末层厚度的距离，在工作平台上铺一层新的粉末，电子束扫描三维物体的下一个截面；3)重复以上步骤，直至该三维物体制造完成。由于电子束需要扫描三维物体的截面，因此，增材制造技术所能制造的三维物体尺寸直接取决于电子束能够扫描的最大范围。电子束的宽幅扫描是实现大尺寸零件的增材制造的基础。电子束窄幅扫描时的偏转角度小，电子束的散焦、像散比较微弱，对制造质量的影响有限；而电子束宽幅扫描时的偏转角度较大，电子束的散焦、像散较大。散焦较大的电子束直径较大，解析度有限。像散较大的电子束呈椭圆形，扫描的图案模糊。这些因素对制造质量的影响不可忽略，需要加以解决。目前存在的问题是，在电子束焊接、电子束熔炼等电子束加工技术中，电子束的偏转角度较小，电子束大幅偏转而造成的散焦和像散比较小，不会影响焊接或熔炼质量。因此，在这种电子束加工设备中，一般只有聚焦线圈和偏转线圈，故不能实现高精度的电子束宽幅扫描。同时，现有的电子束选区熔化增材制造设备一般采用电子束焊接用的电子束产生装置，同样不能实现高精度的电子束宽幅扫描。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种能够实现电子束宽幅扫描的装置。基于上述目的，本技术提供一种实现电子束宽幅扫描的控制装置，包括：阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、偏转线圈、消像散线圈和DA转换器，所述阴极，用以产生电子束，所述电子束依次经过栅极、阳极、消像散线圈、聚焦线圈、偏转线圈后偏转；所述栅极，用以约束所述电子束中的电子，并改变电子束的束流；所述阳极，用以与所述阴极产生电压并使电子加速；所述消像散线圈，用于调节所述电子束的像散程度；所述聚焦线圈，用以调节所述电子束的焦距；所述偏转线圈，用以调节电子束在X轴方向上和Y轴方向上的偏转量；所述DA转换器，与栅极相连，用于改变栅极电压；与消像散线圈相连，用于改变消像散线圈中的电流；与聚焦线圈相连，用于改变聚焦线圈中的电流；偏转线圈相连，用于改变偏转线圈中X轴绕组和Y轴绕组上的电流；所述DA转换器，用以输出多路可变化的电压信号。更进一步，所述消象散线圈包括至少两组绕组，所述偏转线圈包括至少两组绕组，所述聚焦线圈包括一环形绕组；所述DA转换器，分别与所述消象散线圈上两组绕组连接，用以控制电子束的像散；所述DA转换器，与所述聚焦线圈上的环形绕组连接，用以控制电子束的焦距。所述DA转换器，分别与所述偏转线圈上两组绕组连接，用以控制电子束的偏转。更进一步，所述DA转换器，至少包括6个电压信号输出通道，所述DA转换器的电压信号输出通道，按照顺序依次读取其自身存储器内的控制电压数据，并同步输出电压信号；若所述DA转换器上的储存空间不足，所述DA转换器电压信号输出通道按照顺序依次读取存储在本地或远端内存中的控制电压数值，并同步输出电压信号。更进一步，所述电压信号通过高压电源与栅极相连，所述电压信号通过驱动电路与绕组相连，所述电压信号通过放大电路与聚焦线圈相连。本技术的目的还在于提供一种能够实现高精度的电子束宽幅扫描的增材制造设备。基于上述目的，本技术还提出了一种增材制造设备，包括实现电子束宽幅扫描的控制装置和密闭装置，以及设置于密闭装置内部的粉末供给装置、粉末铺平装置、成形平台；当所述电子束从阴极产生后，依次经过栅极、阳极、消像散线圈、聚焦线圈和偏转线圈，最后进入所述密闭装置；当所述电子束进入密闭装置后，通过所述粉末供给装置用以储存待制造的原材料，并通过所述粉末铺平装置将所述待制造的原材料平铺在所述成形平台上形成粉末层；当所述电子束射在该金属粉末层上后，进行扫描并绘制出要制造的三维物体的截面或该截面的轮廓。更进一步，所述密闭装置为压力范围在0.001-1Pa的真空室，其中电子束的加速电压为60kV，功率不大于3kW。更进一步，所述粉末供给装置为一与真空室侧壁相连的送粉器，所述粉末铺平装置为一设置在真空室底部的铺粉器，所述成形平台由成形缸、活塞板组成，所述成形缸与所述铺粉器连接，所述成形缸下部设置有活塞板，所述可在竖直方向上活动，当所述活塞板下降一个高度，该下降的高度等于粉末层的厚度。更进一步，所述粉末层包括钛合金、钛、铝合金、铝、钛铝合金、不锈钢、Co-Cr合金的多种合金中的一种或者多种。本技术的有益效果：1)本技术除了聚焦线圈、偏转线圈外，还增加了消像散线圈；当电子束偏转角度较大时，不仅可以通过改变聚焦线圈电流来使电子束良好聚焦，还可以通过改变消像散线圈电流来消除电子束的像散，使得束斑仍然保持较高质量。2)本技术大大提升了电子束选区熔化增材制造(3D打印)的成形质量，特别是打印较大零件的精度和质量。3)给出了一种电子束宽幅扫描的控制方法，方法可操作性强，使的电子束能够在宽幅范围内实现任意路径的高质量扫描。4)结合附图4，本技术中的DA转换器的6个通道按照顺序依次读取存储在计算机内存中的控制电压数值，同步地输出电压信号。附图说明图1是本技术所述的实现电子束宽幅扫描的控制装置的示意图。图2示出了运用了本技术的增材制造设备的一个实施例。图3示出了本技术所述的实现电子束宽幅扫描的方法一个实施例。图4示出了储存器的数据储存和DA转换方式。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。图1是本技术所述的电子束宽幅扫描的控制装置示意图。电子从阴极1中产生，依次经过栅极2、阳极3、消像散线圈4、聚焦线圈5、偏转线圈6。其中，电子在阴极1与阳极3之间被加速，加速后的电子可以使金属粉末熔化。栅极2与高压电源8相连，栅极2与阴极1之间产生的电场可以约束电子。当改变栅极2上的电压，电子束流(即功率)会随之改变。消象散线圈4包括第一绕组4-1和第二绕组4-2，以产生消像散磁场。聚焦线圈5包括一个环形绕组，用以产生轴对称的聚焦磁场。偏转线圈6包括第三绕组6-1和第四绕组6-2，分别产生X、Y方向的磁场，使得电子束偏转。DA(数模转换)器7具有至少6个通道，所述的6个通道均可输出控制电压。其中第一通道7-1产生的电压信号与高压电源8相连，以控制电子束流；其中第二通道7-2、第三通道7-3产生的电压信号通过第一驱动电路9、第二驱动电路10分别和消象散线圈4的第五绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现电子束宽幅扫描的控制装置，其特征在于，包括：阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、偏转线圈、消像散线圈和DA转换器，所述阴极，用以产生电子束，所述电子束依次经过栅极、阳极、消像散线圈、聚焦线圈、偏转线圈后偏转；所述栅极，用以约束所述电子束中的电子，并改变电子束的束流；所述阳极，用以与所述阴极产生电压并使电子加速；所述消像散线圈，用于调节所述电子束的像散程度；所述聚焦线圈，用以调节所述电子束的焦距；所述偏转线圈，用以调节电子束在X轴方向上和Y轴方向上的偏转量；所述DA转换器，与栅极相连，用于改变栅极电压；与消像散线圈相连，用于改变消像散线圈中的电流；与聚焦线圈相连，用于改变聚焦线圈中的电流；与偏转线圈相连，用于改变偏转线圈中X轴绕组和Y轴绕组上的电流；所述DA转换器，用以输出多路可变化的电压信号。

【技术特征摘要】
1.一种实现电子束宽幅扫描的控制装置，其特征在于，包括：阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、偏转线圈、消像散线圈和DA转换器，所述阴极，用以产生电子束，所述电子束依次经过栅极、阳极、消像散线圈、聚焦线圈、偏转线圈后偏转；所述栅极，用以约束所述电子束中的电子，并改变电子束的束流；所述阳极，用以与所述阴极产生电压并使电子加速；所述消像散线圈，用于调节所述电子束的像散程度；所述聚焦线圈，用以调节所述电子束的焦距；所述偏转线圈，用以调节电子束在X轴方向上和Y轴方向上的偏转量；所述DA转换器，与栅极相连，用于改变栅极电压；与消像散线圈相连，用于改变消像散线圈中的电流；与聚焦线圈相连，用于改变聚焦线圈中的电流；与偏转线圈相连，用于改变偏转线圈中X轴绕组和Y轴绕组上的电流；所述DA转换器，用以输出多路可变化的电压信号。2.根据权利要求1所述的实现电子束宽幅扫描的控制装置，其特征在于，所述消象散线圈包括至少两组绕组，所述偏转线圈包括至少两组绕组，所述聚焦线圈包括一环形绕组；所述DA转换器，分别与所述消象散线圈上两组绕组连接，用以控制电子束的像散；所述DA转换器，分别与所述聚焦线圈上两组绕组连接，用以控制电子束的焦距；所述DA转换器，与所述偏转线圈上的环形绕组连接，用以控制电子束的偏转。3.根据权利要求2所述的实现电子束宽幅扫描的控制装置，其特征在于，所述DA转换器，至少包括6个电压信号输出通道，所述DA转换器的电压信号输出通道，按照顺序依次读取其自身存储器内的控制电压数据，并同步输出电压信号；若所述DA转换器上的储存空间不足，所述DA转换器电压信号输出通道按照顺序依次读取存储在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，林峰，葛文君，张磊，向虎，
申请(专利权)人：天津清研智束科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12