借助于电子改变三维成型件的特性的装置和方法以及所述方法的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于借助于电子来改变三维成型件（２）的特性的一种装置和一种方法，所述装置包括至少一个用于产生加速的电子的电子加速器（３ａ、３ｂ）和两个电子逸出窗（５ａ、５ｂ），其中所述两个电子逸出窗（５ａ、５ｂ）彼此对置布置，其中所述两个电子逸出窗（５ａ、５ｂ）和至少一个反射器（７ａ１、７ａ２、７ｂ１、７ｂ２）限制着处理室，在该处理室中向所述成型件（２）的表面或者边缘层加载电子，其中借助于传感器系统能够至少关于一个空间的维检测所述处理室内部的能量密度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于借助于电子的能量改变在三维成型件的表面上及 边缘区域中的材料特性的一种装置和一种方法。此外说明了所述方法 的应用。
技术介绍
借助于电子可以在空间及时间上确定地将能量输入到材料中，用于改变材料在表面上、在边缘层中或者在内部(Volumen )的材料特性。 为此所需要的电子在其在处理室中通过多数平坦的电子逸出窗从高真 空转变到较高的压力水平上之前在电子加速器中产生、成形和加速。 在此，通常期望在所述电子逸出窗的整个伸展范围内获得恒定的电子 密度。在以所述电子逸出窗和产品之间的间距穿过气体层(比如空气) 之后，所述电子到达有待处理的产品表面。作为电子加速器使用表面辐射发生器(也称为带状辐射器 (Bandstrahler ))或者轴向辐射发生器。按现有技术的构造为轴向辐 射发生器的电子加速器额外地包括具有射束偏转系统的电子束偏转 室，借助于该电子束偏转室使产生的电子束周期性地在整个电子逸出同的停留时间偏转。三维的成型件，比如包装、医学植入物、手术器械、由不同材料 制成的假体(比如塑料、纸、金属、陶瓷)在不同的领域(比如包装 业、制药业、医疗技术、塑料工业)中得到使用。对于特定的应用来 说，需要使所述成型件的整个表面及边缘层发生特性变化(比如消毒、 表面功能化、交联、硬化)。已知通过使成型件在多次通过过程(Durchmufe)中(DE 199 42 142 Al )并且在变化的位置中在电子逸出窗旁边经过来借助于电子能量影 响三维的成型件的整个表面的特性。如此设计已知的用于产生用于改 变成型件特性的电子的装置，从而在整个电子逸出窗上产生和发出近 似相同的电子能量密度。通过成型件的位置的改变来保证向整个成型件表面加载电子能 量。这种装置的缺点在于，多次连续通过花费较多时间。也不能无选 择地在各个通过过程之间改变成型件的位置，而是必须使其协调，从 而在总体上不是向各个表面区域加载不同的电子能量密度，这会导致 不同的特性。根据现有技术，仅仅在一次通过过程中借助于电子能量来改动三 维的成型件的整个表面，方法是如此布置多个(至少两个或三个)电 子逸出窗，使得这些电子逸出窗将成型件的横截面包围，其中该成型 件在这些电子逸出窗之间穿过并且由此向整个三维表面加栽电子。由公司LINAC Technologies (技术说明书ELECTRON BEAM SURFACE STERILISATION SYSTEM 200 KeV陽The Ke VAC S)公 开了一种用于借助于电子能量对成型件的表面进行消毒的装置，在该 装置中布置了三个电子加速器，使得其所属的电子逸出窗将具有等边 三角形的横截面的空间包围，有待消毒的成型件在一次通过过程中穿 过该空间。利用这种装置虽然相对于已知的在多次通过过程中向成型 件加载电子的解决方案减少了时间消耗，但是技术上的开销却因使用 三个电子加速器而十分巨大。已经公开了类似的由三个电子逸出窗构成的装置，但是在所述装 置中电子仅仅借助于一个电子加速器来产生并且借助于一个偏转系统 分配到三个电子逸出窗上。所有已知的具有三个电子逸出窗的解决方案都利用了这样的优 点，即所述电子加速器因其三角形布置方式而没有相互影响或者以能 够忽略的程度相互影响，也就是说， 一个电子加速器的加速的电子没 有向相应其它的电子加速器发出显著的能量份额。这是必要的，用于 将在电子逸出窗中吸收的能量份额以及由此将电子逸出窗的工作温度 限制在亚临界的尺度上。否则在超过材料使用温度时，窗盖的敏感的 材料会相对于在辐射发生器内部的高真空因从外面加载的大气压的机 械负荷遭到损坏。对于在电子逸出窗中使用的普通的钛膜来说，无论如何不得超过大约400t:的最高温度。对于连续运行来说则基于最大200-250€的温度。由仅仅两个对置的电子逸出窗构成的装置同样是已知的。在此在 工艺上要求在所述电子逸出窗之间的间距较小时，将巨大的能量份额加入到对置的电子逸出窗中，这按结构导致温度升高系数2到5。所必 需的最高温度限制只能通过射束流的适当的限制来实现。但是这限制 了整个系统的功率能力。一种另外的用于限制两个对置的电子逸出窗的温度的方案是在所 述电子逸出窗之间布置额外的吸收器，比如(至少部分透明的)输送 带(US2，741，704)。然后，巨大的能量份额就落到该吸收器上，这就 限制了额外的能量入射到对置的电子逸出窗上。同样已知对置地并且在侧面沿产品输送方向偏置地布置两个电子 逸出窗的解决方案。由此阻止功率入射到相应对置的电子加速器中并 且由此限制其过热。在已知的装置中，两个和更多个电子逸出窗将成型件包围并且在 整个的电子逸出窗上发出近似相同的电子能量密度并且仅仅在一次通 过过程中向成型件加栽电子，在所述已知的装置中可以依赖于所述成产生的不的间距向所述成型件的各个表面局部区域加载不同剂量 (每面积单位的能量或者每质量单位的能量)的电子能量。为了在成型件上实现特定的特性，需要特定剂量的电子能量。有 利的是如此调节电子发生器的功率，使得在那些获得最小剂量的表面 区域中到达那里的剂量刚好或者至少相当于对特性的改变来说所必需 的剂量。在此势必向成型件的所有其它的表面区域加载更高的剂量。 更高剂量的能量也称为超剂量。在成型件的各个区域中超剂量越高， 那么在这些区域中的特性与目标参数之间的偏差就越大。但是超剂量 的电子能量不仅对成型件的有待改变的特性产生不利影响，而且也会 因在过程气体(比如空气)中形成不期望的反应产物(比如臭氧)而 导致不期望的或者甚至有害于过程的副作用。称为超剂量系数的参数表明，必需的用于调节所期望的特性的剂 量被超过多少倍。用所述已知的装置，依赖于有待改性的成型件的几 何形状在各个表面区域中达到对许多应用情况来说不可接受的超剂量 系数，用于在整个表面上实现足够均匀的特性并且这也带来已经提到 的不期望的副作用。为获得高生产率，需要成型件的相匹配的高输送速度。由于输送 速度和射束流的比例关系，为获得在工艺上预先给定的最低剂量(对消毒的给料区域来说，最低剂量比如在25kGy左右)而要求与速度成 比例地提高射束流，这就导致所述电子逸出窗的工作温度超比例地升 高。对于在没有额外的吸收器或所述系统的侧向偏置的情况下对置布 置两个电子加速器的情况来说，目前还不存在适合于实践的解决方案。
技术实现思路
因此，本专利技术的技术问题是，提供一种装置和一种方法，借助其 克服现有技术的缺点。尤其装置和方法应该适合于以较小的时间花费 及技术开销来改变三维成型件的特性，即足够均匀地改变成型件的整 个表面或者边缘层，并且尽管如此没有从电子加速器的整个装置中产 生限制生产率的缺点。在此所述超剂量系数应该如此小，使得其符合 成型件的技术/工艺上的要求。所述技术问题的解决方案通过具有权利要求1和19所述特征的主 题得到解决。本专利技术的其它有利的设计方案由从属权利要求中获得。迄今为止，根据现有技术人们认为，需要至少两个侧向偏置的或 者具有处于其之间的吸收器的或者具有受限制的射束流的电子逸出窗 或者说三个电子逸出窗，用于能够在一次通过过程中完全地向三维的 成型件的横截面范围加载电子并且引起所期望的特性变化。按本专利技术 指出，不需要从电子逸出窗的对置布置中产生对射束流的限制，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于借助于电子改变三维成型件（２）的特性的装置，包括至少一个用于产生加速的电子的电子加速器（３ａ；３ｂ）和两个电子逸出窗（５ａ；５ｂ），其中所述两个电子逸出窗（５ａ、５ｂ）彼此对置布置，其特征在于，所述两个电子逸出窗（５ａ；５ｂ）和至少一个反射器（７ａ１；７ａ２；７ｂ１；７ｂ２）限制着处理室，在该处理室中能够向所述成型件（２）的表面或者边缘层加载电子，其中借助于传感器系统能够至少关于一个空间的维检测在所述处理室内部的能量密度分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2006-3-20 102006012668.81. 用于借助于电子改变三维成型件(2)的特性的装置，包括至少一个用于产生加速的电子的电子加速器(3a；3b)和两个电子逸出窗(5a；5b)，其中所述两个电子逸出窗(5a、5b)彼此对置布置，其特征在于，所述两个电子逸出窗(5a；5b)和至少一个反射器(7a1；7a2；7b1；7b2)限制着处理室，在该处理室中能够向所述成型件(2)的表面或者边缘层加载电子，其中借助于传感器系统能够至少关于一个空间的维检测在所述处理室内部的能量密度分布。2. 按权利要求l所述的装置，其特征在于，所述电子逸出窗(5a; 5b)的表面构造为平坦的。3. 按权利要求l或2所述的装置，其特征在于，所述电子逸出窗 (5a; 5b)的表面彼此平行定向。4. 按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电子逸出窗 的表面彼此间具有一个角度。5. 按权利要求l所述的装置，其特征在于，至少一个电子逸出窗 的表面构造为朝向所述成型件凹入的。6. 按权利要求l所述的装置，其特征在于，至少一个电子逸出窗 的表面与所述成型件的几何形状相匹配。7. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于第一机构， 借助于该第一机构能够控制通过至少一个电子逸出窗(5a; 5b)的表 面发出的电子能量密度，从而通过所述电子逸出窗(5a; 5b)的各个 部分区域发出不同的电子能量密度。8. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少两个 反射器(7al、 7a2; 7bl、 7b2)镜像对称地布置在所述处理室的对置 的#面上。9. 按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反射器(7al; 7a2; 7ab; 7b2 )是用于对所述处理室内部的能量密度分布进行检测的 传感器系统的组成部分。10. 按权利要求9所述的装置，其特征在于，能够在至少两个反 射器或者部分反射器上相对于地电位或者其它的电位检测电压。11. 按权利要求8到10中任一项所述的装置，其特征在于，能够 检测沿直角坐标系的x、 y和/或z方向的能量密度分布。12. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少一述电子逸出窗之间的位置运动。13. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少一 个电子逸出窗(5a; 5b)构造为真空密封的膜。14. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少一 个电子逸出窗构造为电子加速器和处理室之间的透气的压力级装置。15. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于传感器系 统，借助于该传感器系统可以依赖于成型件是否处于处理室中将所述 电子发生器的功率调节到一个过程所特有的数值上。16. 按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于第二机构， 借助于该第二机构能够控制电子从电子逸...

【专利技术属性】
技术研发人员：R巴特尔，V柯克霍夫，G马陶什，O罗德，J库巴什，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：DE[德国]