一种电子束光学系统及增材制造装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于3D打印技术领域，公开了一种电子束光学系统，包括均设有供电子束通过的束通孔且束通孔依次连通设置的聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统，正偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔交错设置，所述电子束经聚焦系统射入，并依次经正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统射出。本实用新型专利技术还公开了一种具有电子束光学系统的增材制造装置。通过在聚焦系统与偏转系统之间设置正偏转系统和负偏转系统，该正偏转系统和负偏转系统的束通孔交错设置，使得电子束通过的通道不是笔直贯通的，而是弯折的，进而在产生金属蒸汽时，金属蒸汽通过弯折通道后的量大大减少，有效地保护了阴极。

An electron beam optical system and a material increasing device

The utility model belongs to the technical field of 3D printing, an electron beam optical system is disclosed that includes a beam for electron beam through the through hole and the through hole is connected with beam focusing system, set up the positive deflection system and negative deflection system and deflection system, hole and negative deflection system is the beam beam deflection system through holes are staggered, the electron beam is focused into the system, and in turn the positive deflection system and negative deflection system and deflection system of injection. The utility model also discloses a material increasing device with an electron beam optical system. Through the positive deflection system is arranged between the focusing system and deflection system and negative deflection system, the positive and negative deflection system of beam deflection system through holes are staggered, so that the electron beam through the channel is not straight through, but bent, and in the generation of metal vapor, metal vapor through the bending passage. The amount is greatly reduced, the effective protection of the cathode.

【技术实现步骤摘要】
一种电子束光学系统及增材制造装置
本技术涉及3D打印
，尤其涉及一种电子束光学系统及增材制造装置。
技术介绍
增材制造(3D打印)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。粉床式电子束增材制造是增材制造技术路线的一种，其基本的工艺步骤如下：粉末供应与铺平系统将粉末材料在工作平台上铺展成薄层，高能量密度的电子束在粉末层上扫描三维物体的一个截面；之后，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，射线扫描三维物体的下一个截面；重复以上步骤，直至该三维物体制造完成。在铺粉式电子束金属3D打印中，电子束从阴极发射后，分别经过聚焦线圈以及偏转线圈，然后到达工作台，熔化预置的粉末层。如图1所示，一般的电子束光学系统包括聚焦系统101以及偏转系统102，聚焦系统101和偏转系统102中间有供电子束通过的束通孔103，聚焦系统101的束通孔103与偏转系统102的束通孔103是同轴的，由于电子束的能量较高，在熔化金属粉末的同时，会导致部分金属材料的汽化，金属蒸汽在真空室内弥散并经束通孔103向上运动，很容易穿过束通孔103达到阴极，在阴极表面形成金属蒸镀层，而阴极表面被蒸镀会带来一系列的问题，如加速电压与阴极(接地)之间短路、阴极发射电子的密度降低甚至丧失发射电子的能力，这些问题会对增材制造的产品质量和效率带来不利影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种电子束光学系统及增材制造装置，以解决现有增材制造装置电子束光学系统存在的金属蒸汽对阴极产生不利影响的问题。为达此目的，本技术采用以下技术方案：一种电子束光学系统，包括均设有供电子束通过的束通孔且所述束通孔依次连通设置的聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统，所述正偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔交错设置，所述电子束经聚焦系统射入，并依次经正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统射出。作为优选，所述正偏转系统中通入的电流与负偏转系统中通入的电流方向相反，以使所述电子束射入正偏转系统后偏转的角度和射入负偏转系统后偏转的角度相反。作为优选，所述正偏转系统和负偏转系统中的电流大小相同。作为优选，所述正偏转系统和负偏转系统之间设有连接件，所述连接件上开设有连接孔，所述连接孔用于将正偏转系统的束通孔以及负偏转系统的束通孔连通。作为优选，所述聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统之间密封连接。作为优选，所述聚焦系统的束通孔与正偏转系统的束通孔同轴，所述偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔同轴。作为优选，所述聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统均包括外壳以及位于外壳内的线圈，所述束通孔开设在所述外壳上。作为优选，所述正偏转系统以及负偏转系统均设置有多个，且多个正偏转系统与多个负偏转系统之间交替设置。本技术还提供一种增材制造装置，包括上述的电子束光学系统。作为优选，还包括成形缸，所述偏转系统的束通孔的轴心与所述成形缸的轴心重合。本技术通过在聚焦系统与偏转系统之间设置正偏转系统和负偏转系统，该正偏转系统和负偏转系统的束通孔交错设置，使得电子束通过的通道不是笔直贯通的，而是弯折的，进而在产生金属蒸汽时，金属蒸汽需要通过弯折的通道才能到达阴极，到达阴极的金属蒸汽的量大大减少，有效地保护了阴极，大大地提高增材制造的稳定度、效率和产品质量。将正偏转系统和负偏转系统中通入方向相反的电流，能够使电子束射入正偏转系统的方向与射出负偏转系统的方向一致但不同轴，而是在水平方向错开一定距离，且能够确保电子束最终从偏转系统射出。附图说明图1是本技术现有技术中电子束光学系统的结构示意图；图2是本技术实施例一电子束光学系统的结构示意图；图3是本技术实施例一电子束光学系统显示有正偏转系统以及负偏转系统的结构示意图；图4是本技术实施例二的增材制造装置的结构示意图；图5是本技术实施例三的增材制造装置的结构示意图。图中：1、聚焦系统；2、正偏转系统；3、负偏转系统；4、偏转系统；5、束通孔；6、连接件；7、外壳；8、线圈；9、阴极；10、成形室；20、成形缸；30、铺粉平台；40、料斗；50、刮刀；60、电子束发生装置；70、活塞；80、粉末输送板；90、混粉盒；61、连接孔；101、聚焦系统；102、偏转系统；103、束通孔。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案。实施例一本实施例提供一种电子束光学系统，如图2所示，该电子束光学系统包括沿电子束射入方向依次密封连接的聚焦系统1、正偏转系统2、负偏转系统3以及偏转系统4，且上述聚焦系统1、正偏转系统2、负偏转系统3以及偏转系统4均包括有外壳7，在外壳7内设有线圈8，具体的，上述聚焦系统1可包括消像散线圈、聚焦线圈，用于使电子束汇聚。上述正偏转系统2的线圈8中通入有恒定的电流，使得电子束偏转一个固定的角度。在负偏转系统3的线圈8中也通入有恒定的电流，使得电子束偏转一个固定的角度。上述偏转系统4包括设置在X、Y两个相互垂直方向的偏转线圈，用于产生变化的磁场，使得电子束按照预定的路径进行运动，其中上述X、Y的方向与图2中的Z方向相垂直。上述聚焦系统1、正偏转系统2、负偏转系统3以及偏转系统4上均设有位于外壳7上且直径相同的束通孔5，该束通孔5用于供电子束通过，也就是说，电子束经聚焦系统1的束通孔5射入，并依次经正偏转系统2、负偏转系统3以及偏转系统4的束通孔5射出。具有的，上述束通孔5的直径可选用40mm-60mm之间，具体可根据需要设置。本实施例中，上述聚焦系统1的束通孔5与正偏转系统2的束通孔5同轴，以便于经聚焦系统1的束通孔5通过的电子束能够顺利进入到正偏转系统2的束通孔5中；同理，上述偏转系统4的束通孔5与负偏转系统3的束通孔5同轴，以便于负偏转系统3束通孔5中的电子束能够顺利进入到偏转系统4的束通孔5中。上述正偏转系统2的束通孔5与负偏转系统3的束通孔5交错设置，能够使得电子束通过的通道不是笔直贯通的，而是弯折的，即具有转角特性，进而在产生金属蒸汽时，金属蒸汽通过弯折通道后的量大大减少，有效地保护了阴极9，避免阴极9表面形成金属蒸镀层。提高阴极9发射电子的密度。本实施例中，上述正偏转系统2中通入的电流与负偏转系统3中通入的电流方向相反，以使电子束射入正偏转系统2后偏转的角度和射入负偏转系统3后偏转的角度相反。通过上述设置，能够使电子束射入正偏转系统2的方向与射出负偏转系统3的方向一致但不同轴，而是在水平方向错开一定距离，且能够确保电子束最终从偏转系统4射出。进一步的，上述正偏转系统2和负偏转系统3中的电流大小相同，相反的电流方向以及相同的电流大小的设置，能够使得电子束射入正偏转系统2的角度与射出负偏转系统3的角度相同(如图3所示)。进而使得进入偏转系统4时的电子束角度与聚焦系统1射出的电子束的角度相同，不会产生偏差。进一步的，上述正偏转系统2和负偏转系统3之间设有连接件6，该连接件6上开设有连接孔61，该连接孔61用于将正偏转系统2的束通孔5以及负偏转系统3的束通孔5连通。进一步的，该连接孔61的直径大于束通孔5的直径，保证了正偏转系统2的束通孔5以及负偏转系统3的束通孔5交错连通的同时，也能够极大程度的减少金属蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束光学系统，其特征在于，包括均设有供电子束通过的束通孔(5)且所述束通孔(5)依次连通设置的聚焦系统(1)、正偏转系统(2)、负偏转系统(3)以及偏转系统(4)，所述正偏转系统(2)的束通孔(5)与负偏转系统(3)的束通孔(5)交错设置，所述电子束经聚焦系统(1)射入，并依次经正偏转系统(2)、负偏转系统(3)以及偏转系统(4)射出。

【技术特征摘要】
1.一种电子束光学系统，其特征在于，包括均设有供电子束通过的束通孔(5)且所述束通孔(5)依次连通设置的聚焦系统(1)、正偏转系统(2)、负偏转系统(3)以及偏转系统(4)，所述正偏转系统(2)的束通孔(5)与负偏转系统(3)的束通孔(5)交错设置，所述电子束经聚焦系统(1)射入，并依次经正偏转系统(2)、负偏转系统(3)以及偏转系统(4)射出。2.根据权利要求1所述的电子束光学系统，其特征在于，所述正偏转系统(2)中通入的电流与负偏转系统(3)中通入的电流方向相反，以使所述电子束射入正偏转系统(2)后偏转的角度和射入负偏转系统(3)后偏转的角度相反。3.根据权利要求2所述的电子束光学系统，其特征在于，所述正偏转系统(2)和负偏转系统(3)中的电流大小相同。4.根据权利要求1所述的电子束光学系统，其特征在于，所述正偏转系统(2)和负偏转系统(3)之间设有连接件(6)，所述连接件(6)上开设有连接孔(61)，所述连接孔(61)用于将正偏转系统(2)的束通孔(5)以及负偏转系统(3)的束通孔(5)连通。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，郭超，马旭龙，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院，
类型：新型
国别省市：天津,12