用于加工粉末状材料的电子束设备及方法技术

一种用于加工粉末状材料的电子束设备(10)，具有粉末容器(18、19、20)，可接收由待加工的粉末状材料构成的粉末床(22)。还具有电子束发生器(14)，设计为将电子束(16)对准所述粉末床(22)的横向不同位置。为了减少在使用电子束加工过程中吹走的粉末状材料，所述电子束设备(14)具有烧结装置(34、35)，通过在至少两个电极(19、30、31)之间施加交变电压，所述烧结装置(34、35)至少局部地在所述粉末床(22)的区域上方产生交变电磁场，其将所述粉末床(22)的粉末状材料接合。

Electron beam equipment and method for processing powder materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加工粉末状材料的电子束设备及方法
本专利技术涉及一种用于加工粉末状材料的电子束设备，包括：a)粉末容器，其可接收待加工粉末状材料的粉末床，以及b)电子束生成器，其设计为将电子束对准所述粉末床的横向不同位置。本专利技术还涉及一种用于使用这样的电子束设备加工粉末状材料的方法。
技术介绍
最近，工件常常通过所谓的3D打印工艺生产。在这里尤其使用3D打印方法，在其中例如利用激光束通过特别地逐点以及逐层地选择性地熔化各个粉末颗粒而将粉末床中的粉末状材料接合成3D结构。基于这种3D打印方法，使用电子束设备进行相应的尝试。但是，已经发现：在某些粉末状材料的情况下，入射的电子束会将大部分粉末颗粒从粉末床吹走，即在熔化过程发生之前，从粉末床分布到电子束设备的其它区域中。因此，在本领域中已知的是，粉末床形式的另一层粉末状材料在涂敷之后被预热，以使各个粉末颗粒以相对于最终产品较低的粘附性彼此接合。然后，仅仅在第二步骤中，用电子束将粉末颗粒沿着分别要生成的3D结构轮廓层熔化，使得建立3D结构的在各个粉末颗粒之间对于工件的未来用途而言充足的稳定性。该方法的缺点体现在加热粉末床所需的处理时间，因为特别是对于每个单独涂敷的粉末层必须重新加热。另外，必须将额外的热量引入电子束设备的真空系统中，由此需要增加的能量需求和更复杂的过程控制。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种上述类型的电子束设备，其更好地解决了在用电子束加工时吹走粉末状材料的问题。本专利技术的目的还在于提供一种用于加工粉末状材料的相应方法。根据本专利技术，该目的通过上述类型的电子束设备实现，所述电子束设备具有烧结装置，所述烧结装置通过在至少两个电极之间施加交变电压而在粉末床上至少局部地生成交变电磁场，所述交变电磁场将所述粉末床的粉末状材料接合。专利技术人已经认识到，从较旧的电报技术已知的烧结原理(“烧结”＝熔结)，也称为粉末检波器，可以为3D打印目的而用于电子束设备的粉末床的粉末状材料。为此目的，本专利技术人首先认识到，当用电子束轰击粉末颗粒并在此时加载静电时，粉末状材料的吹走很可能源于粉末颗粒彼此的静电排斥。在这里已经证明，在由导电材料例如金属粉末颗粒组成的材料中也会与容易想到的考虑相反地出现吹走。这可以通过以下事实来解释，即小金属粉末颗粒通常被不导电的氧化物层包围。因此，即使它在其内部是导电的，这种金属粉末颗粒也可以在电子束入射时带电并因此导致吹走。通过引入电磁交变电压，在相邻粉末颗粒之间可超过所谓的烧结电压，但不引起静电加载。类似于从电报技术中已知的粉末检波器，各个粉末颗粒通过在其中流动的烧结流彼此接合。因此，所述方法特别适合用金属粉末用作粉末状材料。因此，所述烧结装置可以代替或补充所述粉末床的已知温度控制，以防止或至少减少吹走。由此，尤其可以实现冷却阶段的时间减少和所述电子束设备的节能。由于相对于3D结构的多余粉末状材料(最终从其中去除3D结构)通常被重复使用，因此使用通过烧结装置还可以降低材料的老化速度。所述烧结装置的电磁交变场在这里应至少将所述粉末床的粉末状材料接合，使得在随后用电子束加工时减少粉末状材料的吹走。因此，所述粉末颗粒仅轻微地烧固(烧结)在一起。相反，该加工尤其应理解为粉末状材料的选择性的、特别是点状的熔化，以便获得稳定的3D结构。视扫描策略而定地，其可以例如逐点、逐行和逐层生成。优选地，所述烧结装置运行的交变电压的频率在大于5kHz、特别是大于10kHz、优选大于50kHz的区域中。所述电极的电压和间距在此可以特别地选择为，使得在所述粉末床中出现大于0.5kV/mm、特别是大于1kV/mm、优选大于10kV/mm的场强。优选地，选择所述烧结装置的交变电压的功率和/或频率以及电子束的功率，使得接合的粉末状材料在随后的电子束加工中、特别是在随后用电子束的熔化中不被吹走，其中，在没有用电子束加工的位置处的粉末状材料仅通过所述烧结装置进行接合，使得那里的粉末状材料特别是通过敲击可以再次松散。特别地，所述粉末状材料应该在非加工部位比在加工部位上更容易松散。对于所述烧结装置的电极的布置，可以想到不同的变型，其中所述电极尤其可以与粉末床电接触。所述烧结装置的电极甚至可以同时用于导出在加工期间由电子束引入的电荷。优选地，所述烧结装置的至少一个电极布置在所述电子束设备内的固定位置。优选地，至少两个电极水平地布置在平行于所述粉末床的最上面的粉末层的平面中，特别是同一平面中。以这种方式，所述粉末状材料可以容易地分层烘焙。如果各个层彼此不相互连接，则在用电子束加工之后，可以更容易地使得未接合成3D结构的粉末状材料松散。优选地，所述烧结装置的至少两个电极关于横向区域对称地布置，在其中所述电子束可以被对准粉末床。在此，横向指的是横向于光束方向的方向。然而，至少两个电极也可以布置在垂直于所述粉末床的最上面的粉末层的平面中。在这种情况下，所述烧结装置的至少一个电极可以设计为沿着至少一个轴线在所述粉末床上运动。这优选在距所述粉末床的限定距离处进行。此外，所述烧结装置的电极可以优选地在粉末涂敷装置例如刮板之后在所述粉末床上运动，使用粉末涂敷装置来涂敷粉末状材料作为粉末床。具体地，所述电极可以例如通过在所述粉末床上移动的线材来实现。优选地或替代地，也可以提供沿两个轴线的运动。优选地，所述粉末容器具有粉末床台座，其是导电的并且同时形成所述烧结装置的电极。所述台座表示一个大的接触面。特别地，所述台座也可以作为电极来导出由所述电子束生成器引入的电荷。优选地，所述烧结装置的至少一个电极由所述电子束本身形成，其方式是，所述电子束生成器以脉冲方式运行和/或所述电子束以高偏转速度被偏转。在这方面，所述烧结装置的交变电压也可以理解为所述电子束的脉冲电压，其允许电子有足够的时间再次从粉末颗粒中流出。特别地，所述电子束也可以用交变电压加速。在这些专利技术构思中，所述烧结装置的额外费用基本上减少到设备控制中的相应烧结控制模块。如果所述电子束生成器设计为以高偏转速度偏转电子束，则这可以通过快速跳跃到所述粉末床的不同位置来对准。由此，所述电子束也仅在粉末颗粒上短暂起作用，从而在吹走粉末颗粒之前电子可以再次流出。所述电子束的高偏转速度可包括大于1kHz的频率，特别是大于10kHz的频率，特别是大于100kHz的频率。关于用电子束设备加工粉末状材料的方法，根据本专利技术的方法包括以下步骤：a)提供电子束设备，所述电子束设备具有-粉末容器，其可接收由待加工粉末状材料构成的粉末床，以及-电子束生成器，其设计为将电子束对准所述粉末床的横向不同位置；b)使用烧结装置在至少两个电极之间施加交变电压，以便至少局部地在所述粉末床上方生成电磁交变场，其使得所述粉末床的粉末状材料接合；c)用所述电子束加工所述粉末状材料。优化地，在这种情况下，所述粉末状材料是金属粉末，在步骤c)中的加工是所述粉末状材料颗粒的相互融合，使得通过选择性熔化逐渐产生3D结构。结果，可以在3D打印过程中利用电子束设备产生3D结构。特别地，使用电子束设备进行3D打印具有的优点是：对于电子束可以获得对于激光束的大约1000倍高的偏转速度。这导致新式曝光策略，其可以导致更高的生产率、3D结构的热优化过程和/或更低的失真，甚至可以影响由此产生的3D结构的布置。附图说明下面根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于加工粉末状材料的电子束设备(10)，具有a)粉末容器(18、19、20)，其能够接收由待加工粉末状材料构成的粉末床(22)，以及b)电子束发生器(14)，其设计为将电子束(16)对准所述粉末床(22)的横向不同位置，其特征在于，c)所述电子束设备(14)具有烧结装置(34、35)，通过在至少两个电极(19、30、31)之间施加交变电压，至少局部地在所述粉末床(22)上方产生交变电磁场，所述交变电磁场使得所述粉末床(22)的粉末状材料接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.10 DE 102017105193.71.一种用于加工粉末状材料的电子束设备(10)，具有a)粉末容器(18、19、20)，其能够接收由待加工粉末状材料构成的粉末床(22)，以及b)电子束发生器(14)，其设计为将电子束(16)对准所述粉末床(22)的横向不同位置，其特征在于，c)所述电子束设备(14)具有烧结装置(34、35)，通过在至少两个电极(19、30、31)之间施加交变电压，至少局部地在所述粉末床(22)上方产生交变电磁场，所述交变电磁场使得所述粉末床(22)的粉末状材料接合。2.根据权利要求1所述的电子束设备，其特征在于，所述烧结装置(34、35)的交变电压的功率和/或频率以及所述电子束(16)的功率选择为，使得接合的所述粉末状材料在用所述电子束(16)进行后续加工时、特别是在用所述电子束(16)进行后续熔化时不被吹走，其中，在不用所述电子束(16)进行加工的位置，所述粉末状材料仅通过所述烧结装置(34、35)接合为，使得所述粉末状材料在那里尤其通过敲击能够再次松散。3.根据前述权利要求中任一项所述的电子束设备，其特征在于，所述烧结装置(34、35)的至少一个电极(19、31)布置在所述电子束设备(10)内的固定位置上。4.根据前述权利要求中任一项所述的电子束设备，其特征在于，至少两个电极(30、31)水平地布置在平行于所述粉末床(22)的最上面的粉末层(28)的平面中、特别是同一平面中。5.根据前述权利要求中任一项所述的电子束设备，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：比约恩·汉森，格哈德·胡贝尔，托尔斯滕·洛威尔，
申请(专利权)人：波宾股份有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE