[實用新型]一種電子束光學系統及增材制造裝置

有效

• 申請號: 201720604956.1
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN206774495U
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 林峰;郭超;馬旭龍
• 申請（專利權）人: 清華大學天津高端裝備研究院
• 主分類號: H01J3/22
• 分類號: H01J3/22;H01J3/32;B22F3/105;B33Y30/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本實用新型涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種電子束光學系統及增材制造裝置。

背景技術

增材制造(3D打印)是一種通過連續熔合一個以上薄層的材料來構建三維物體的制造技術。粉床式電子束增材制造是增材制造技術路線的一種，其基本的工藝步驟如下：粉末供應與鋪平系統將粉末材料在工作平臺上鋪展成薄層，高能量密度的電子束在粉末層上掃描三維物體的一個截面；之后，工作平臺下降一個粉末層厚度的距離，在工作平臺上鋪一層新的粉末，射線掃描三維物體的下一個截面；重復以上步驟，直至該三維物體制造完成。

在鋪粉式電子束金屬3D打印中，電子束從陰極發射后，分別經過聚焦線圈以及偏轉線圈，然后到達工作臺，熔化預置的粉末層。如圖1所示，一般的電子束光學系統包括聚焦系統101以及偏轉系統102，聚焦系統101和偏轉系統102中間有供電子束通過的束通孔103，聚焦系統101的束通孔103與偏轉系統102的束通孔103是同軸的，由于電子束的能量較高，在熔化金屬粉末的同時，會導致部分金屬材料的汽化，金屬蒸汽在真空室內彌散并經束通孔103向上運動，很容易穿過束通孔103達到陰極，在陰極表面形成金屬蒸鍍層，而陰極表面被蒸鍍會帶來一系列的問題，如加速電壓與陰極(接地)之間短路、陰極發射電子的密度降低甚至喪失發射電子的能力，這些問題會對增材制造的產品質量和效率帶來不利影響。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種電子束光學系統及增材制造裝置，以解決現有增材制造裝置電子束光學系統存在的金屬蒸汽對陰極產生不利影響的問題。

為達此目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種電子束光學系統，包括均設有供電子束通過的束通孔且所述束通孔依次連通設置的聚焦系統、正偏轉系統、負偏轉系統以及偏轉系統，所述正偏轉系統的束通孔與負偏轉系統的束通孔交錯設置，所述電子束經聚焦系統射入，并依次經正偏轉系統、負偏轉系統以及偏轉系統射出。

作為優選，所述正偏轉系統中通入的電流與負偏轉系統中通入的電流方向相反，以使所述電子束射入正偏轉系統后偏轉的角度和射入負偏轉系統后偏轉的角度相反。

作為優選，所述正偏轉系統和負偏轉系統中的電流大小相同。

作為優選，所述正偏轉系統和負偏轉系統之間設有連接件，所述連接件上開設有連接孔，所述連接孔用于將正偏轉系統的束通孔以及負偏轉系統的束通孔連通。

作為優選，所述聚焦系統、正偏轉系統、負偏轉系統以及偏轉系統之間密封連接。

作為優選，所述聚焦系統的束通孔與正偏轉系統的束通孔同軸，所述偏轉系統的束通孔與負偏轉系統的束通孔同軸。

作為優選，所述聚焦系統、正偏轉系統、負偏轉系統以及偏轉系統均包括外殼以及位于外殼內的線圈，所述束通孔開設在所述外殼上。

作為優選，所述正偏轉系統以及負偏轉系統均設置有多個，且多個正偏轉系統與多個負偏轉系統之間交替設置。

本實用新型還提供一種增材制造裝置，包括上述的電子束光學系統。

作為優選，還包括成形缸，所述偏轉系統的束通孔的軸心與所述成形缸的軸心重合。

本實用新型通過在聚焦系統與偏轉系統之間設置正偏轉系統和負偏轉系統，該正偏轉系統和負偏轉系統的束通孔交錯設置，使得電子束通過的通道不是筆直貫通的，而是彎折的，進而在產生金屬蒸汽時，金屬蒸汽需要通過彎折的通道才能到達陰極，到達陰極的金屬蒸汽的量大大減少，有效地保護了陰極，大大地提高增材制造的穩定度、效率和產品質量。

將正偏轉系統和負偏轉系統中通入方向相反的電流，能夠使電子束射入正偏轉系統的方向與射出負偏轉系統的方向一致但不同軸，而是在水平方向錯開一定距離，且能夠確保電子束最終從偏轉系統射出。

附圖說明

圖1是本實用新型現有技術中電子束光學系統的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例一電子束光學系統的結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例一電子束光學系統顯示有正偏轉系統以及負偏轉系統的結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例二的增材制造裝置的結構示意圖；

圖5是本實用新型實施例三的增材制造裝置的結構示意圖。

圖中：