CN110838427A - 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置 - Google Patents

一种用于熔丝增材制造的电子枪装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110838427A
CN110838427A CN201911140056.6A CN201911140056A CN110838427A CN 110838427 A CN110838427 A CN 110838427A CN 201911140056 A CN201911140056 A CN 201911140056A CN 110838427 A CN110838427 A CN 110838427A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electron gun
electron
gun
additive manufacturing
deflection coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911140056.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110838427B (zh
Inventor
许海鹰
巩水利
左从进
桑兴华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Original Assignee
AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute filed Critical AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Priority to CN201911140056.6A priority Critical patent/CN110838427B/zh
Publication of CN110838427A publication Critical patent/CN110838427A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110838427B publication Critical patent/CN110838427B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/48—Electron guns
    • H01J29/485—Construction of the gun or of parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/70—Arrangements for deflecting ray or beam
    • H01J29/701—Systems for correcting deviation or convergence of a plurality of beams by means of magnetic fields at least
    • H01J29/707—Arrangements intimately associated with parts of the gun and co-operating with external magnetic excitation devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B22F12/45—Two or more
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2229/00—Details of cathode ray tubes or electron beam tubes
    • H01J2229/48—Electron guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2229/00—Details of cathode ray tubes or electron beam tubes
    • H01J2229/70—Electron beam control outside the vessel
    • H01J2229/703—Electron beam control outside the vessel by magnetic fields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，包括溜板，及倒立安装在溜板上的至少一把电子枪，电子枪通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴；电子枪包括枪体，枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及绝缘子；束流导引通道包括壳体，壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈。本发明通过倒立安装在真空室内的电子枪使其出束口背对着成形零件，采用强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上进行熔丝成形，避免了金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪的阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。

Description

一种用于熔丝增材制造的电子枪装置
技术领域
本发明涉及熔丝增材制造技术领域，特别是涉及一种用于熔丝增材制造的电子枪装置。
背景技术
电子束熔丝增材制造技术具有成形速度快、缺陷可控、力学性能优良等优势，适用于高性能大型金属构件的制造，可有效缩短生产周期、降低制造成本。目前电子束熔丝成形零件尺寸长度从数百毫米到数米，沉积效率达到1000cm3/h以上，成形材料包括不锈钢、钛合金等。成形零件尺寸大，沉积效率高，这需要熔丝成形设备长期稳定工作，尤其是为其设备提供大功率能量的电子束源系统需要长期稳定工作。
通常用于熔丝增材制造技术的电子束源系统为热阴极电子束源，电子束源功率达到数十千瓦。热阴极电子束源采用通过直接或间接加热阴极发射电子，所发射电子经过阴阳极之间的高压电场加速，再经过电磁聚焦系统聚焦后形成电子束。一般电子束产生后直接照射到工件上，电子束从阳极发射出后，需要经过电子枪束流通道、电子枪与工件之间的真空，到达工件。束流通道直径一般仅有Φ30mm左右，长度达到数百mm，这将导致真空室和电子枪阴阳极所处空间存在真空压差，通常阴阳极所处空间的真空度比真空室的真空度高一个数量级。大功率电子束照射金属工件，产生大量金属蒸气，金属蒸气沿着束流通道，返到阴阳极所处空间，容易污染阴极发射面、部分绝缘子表面，导致阴极发射效率降低，电子束源额外损耗增大；同时易引起电子枪放电，使工作工程不稳定。
电子束熔丝增材制造设备按照电子枪安装方式分为室外定枪结构和室内动枪结构两类。室外定枪结构，要求电子束熔化匀速进给金属丝材，真空室内工作台按照预定轨迹运行，层层堆积形成零件；而室内动枪结构则要求电子枪与送丝机构安装在一起同步运动，电子束熔化匀速送进金属丝材，电子枪与送丝机构、工作台按照预定轨迹运动，熔化的金属丝材层层堆积获得预定形貌的零件。
当前，无论是定枪结构还是动枪结构的热阴极电子束熔丝增材制造设备，均是采用电子束直接对准金属丝材和工件输出的轴侧送丝模式，金属丝材水平或按照一定角度从电子束出束口的轴侧送进，电子束从出束口发射后直接照射到金属丝材和工件上。加工过程中产生的金属蒸气容易污染阴极及绝缘子，使得阴极使用寿命缩短，绝缘子受到污染容易产生放电现象，影响工作过程的稳定性。此外轴侧送丝的模式存在能量加热的阴影区，降低熔丝成形的自由度；金属丝材弯曲扰度不断变化，丝束对中困难，影响成形效率；与成形区域相比，金属丝材面积很小，丝材接收电子束能量远小于成形零件接收的电子束能量，大量热输入易导致成形零件的微观组织粗大。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，通过倒立安装在真空室内的电子枪使出束口背对着成形零件，及强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上，避免金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。
本发明的实施例提出了一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板，及倒立安装在所述溜板上的至少一把电子枪，所述电子枪的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，所述电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴，所述送丝机构用于将金属丝材从导丝嘴中送至工件的上表面上；
所述电子枪包括枪体，所述枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及用于安装所述阴极和栅极的绝缘子；
所述束流导引通道包括课题，所述壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转，以使电子束照射位于工件的上表面上的金属丝材进行熔丝成形。
进一步地，当所述电子枪的数量不少于两把时，各个电子枪以金属丝材为中心对称安装。
进一步地，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈的结构相同、绕线匝数相同、产生的磁场方向相同，其中，
所述第一偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转90°；
所述第二偏转线圈用于将调节电子束的偏转角度，调节角度范围为45°～90°。
进一步地，所述第一偏转线圈包括采用耐高温绝缘材料制造的骨架，以及设于所述骨架上的一对绕制方向相同的赫姆赫兹线圈结构的绕组；
所述骨架的底部设有入束口、顶部设有漏束检测口B，一侧边设有出束口、另一侧边设有漏束检测口A，所述漏束检测口A中安装漏束检测传感器A，所述漏束检测口B中安装漏束检测传感器B，所述漏束检测传感器A用于判断是否发生所述第一偏转线圈产生的磁场与设计方向相反的现象，所述漏束检测传感器B用于判断是否发生所述第一偏转线圈未产生磁场现象。
进一步地，所述漏束检测传感器A与漏束检测传感器B的结构相同，包括与所述骨架绝缘连接的金属极板和采样电阻，所述采样电阻一端与金属极板连接、另一端接地，所述采样电阻与金属极板连接处之间连接束流轨迹检测电路，所述束流轨迹检测电路用于检测连接处的电压变化，以判断有无偏转磁场和束流偏转方向是否相反。
进一步地，所述赫姆赫兹线圈与电子束运行轨迹的平面相平行，且相对称。
进一步地，所述第一聚焦线圈和第二聚焦线圈的结构相同，均为外带磁轭结构的同心线圈。
进一步地，所述阴极及栅极通过多芯高压电缆与真空室外部的高压电源连接；
所述阳极及枪体接地，所述枪体的侧壁上设有电子枪分子泵接口。
进一步地，所述枪体的内部设置水冷通道，所述水冷通道通过设置枪体侧壁上的进水口和出水口与真空室外部的水冷系统连接。
进一步地，所述法兰组件包括电子枪连接法兰与束流导引通道连接法兰。
综上，本发明通过倒立安装在真空室内的电子枪使出束口背对着成形零件，及强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上进行熔丝成形，避免金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪的阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。此外，以金属丝材为中心对称倒立安装的两把电子枪装置，可以提高熔丝成形效率，较少熔丝成形电子束加热的阴影区，提高电子束熔丝增材制造的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种熔丝增材制造的电子枪装置示意图。
图2是图1中第一偏转线圈的俯视图。
图3是图1中第一偏转线圈的轴测图。
图4是图1中第一偏转线圈的剖面图。
图5是本发明第一偏转线圈中的漏束检测传感器的示意图。
图6是本发明两把电子枪安装应用的示意图。
图中：
1-阴极；2-栅极；3-阳极；4-第一聚焦线圈；5-第一偏转线圈；6-第二聚焦线圈；7-第二偏转线圈；8-绝缘子；9-枪体；91-电子枪连接法兰；10-束流导引通道A；100-电子枪A；101-束流导引通道连接法兰；1001-入束口；1002-出束口；1003-漏束检测口A；1004-漏束检测口B；1005-金属极板；1006-采样电阻；1007-束流轨迹检测电路；102-漏束测传感器A；103-漏束检测传感器B；104-漏束检测传感器C；105-漏束检测传感器D；106-进水口A；107-出水口A；108-高压电缆A；11-送丝机构；12-金属丝材；13-导丝嘴；14-电子束；15-电子枪分子泵接口；16-壳体；17-溜板；18-骨架；181-偏转线圈绕组A；182-偏转线圈绕组B；20-束流导引通道B；200-电子枪B；206-进水口B；207-出水口B；208-高压电缆B；24-电子束B。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
第一实施例：
图1是本发明实施例的一种用于熔丝增材制造的电子枪装置的总体结构示意图，如图1所示，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板17，及倒立安装在所述溜板17上的电子枪A 100，所述电子枪A 100的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道A 10，所述电子枪A 100的输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构11和导丝嘴13，所述送丝机构11用于将金属丝材12从导丝嘴13中送至工件的上表面上。
具体的，本实施例中，所述电子枪A 100包括枪体9，所述枪体9的内部从下到上依序同轴设置阴极1、栅极2、阳极3和第一聚焦线圈4，以及用于安装所述阴极1和栅极2的绝缘子8，所述绝缘子8用于固定所述阴极1、栅极2，并将所述阴极1、栅极2上的高压与地隔离。
具体的，本实施例中，所述束流导引通道A 10包括壳体16，所述壳体16内依序设有第一偏转线圈5、第二聚焦线圈6和第二偏转线圈7，所述第一偏转线圈5、第二偏转线圈7用于将所述电子枪A 100输出的电子束A 14进行偏转，以使电子束A 14照射位于工件的上表面上的金属丝材14进行熔丝成形。
需要说明的是，在其它实施例中，所述溜板17上安装至少一把电子枪。当所述电子枪的数量不少于两把时，各个电子枪以金属丝材12为中心对称安装，这样设置可以提高熔丝成形效率，较少熔丝成形电子束加热的阴影区，提高电子束熔丝增材制造的灵活性。
作为一种优选实施方式，所述第一偏转线圈5、第二偏转线圈7的结构相同、绕线匝数相同、产生的磁场方向相同，其中，
所述第一偏转线圈5用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转90°；
所述第二偏转线圈7用于将调节电子束的偏转角度，调节角度范围为45°～90°，以实现将电子束A 14大角度偏转到金属丝材12上，避免金属蒸气直接侵入电子枪A 100内部对电子枪的阴极造成污染。
请参阅图2至图4，所述第一偏转线圈5包括采用耐高温绝缘材料制造的骨架18，以及设于所述骨架18上的一对绕制方向相同的赫姆赫兹线圈结构的绕组(偏转线圈绕组A181,偏转线圈绕组B 182)；
所述骨架18的底部设有入束口1001、顶部设有漏束检测口B 1004，一侧边设有出束口1002、另一侧边设有漏束检测口A 1003，所述漏束检测口A 1003中安装漏束检测传感器A 102，所述漏束检测口B 1004中安装漏束检测传感器B 103，所述漏束检测传感器A 102用于判断是否发生所述第一偏转线圈5产生的磁场与设计方向相反的现象，用所述漏束检测传感器B 103用于判断是否发生所述第一偏转线圈5未产生磁场现象。请参阅图1，进一步地，所述第二偏转线圈7的骨架侧壁上设有漏束检测传感器C 104、顶部设有漏束检测传感器D 105，所述漏束检测传感器C 104是否发生所述第二偏转线圈7产生的磁场与设计方向相反的现象，所述漏束检测传感器D 105用于判断是否发生所述第二偏转线圈7未产生磁场现象。
请参阅图1、图4和图5，所述漏束检测传感器A 102与漏束检测传感器B 103的结构相同，包括与所述骨架18绝缘连接的金属极板1005和采样电阻1006，所述采样电阻1006一端与金属极板1005连接、另一端接地，所述采样电阻1006与金属极板1005连接处之间连接束流轨迹检测电路1007，所述束流轨迹检测电路1007用于检测连接处的电压变化，以判断有无偏转磁场和束流偏转方向是否相反，以保护束流导引通道A 10和其它部件。
作为一种优选实施方式，所述赫姆赫兹线圈结构的绕组与电子束A 14运行轨迹的平面相平行，且相对称。
作为一种优选实施方式，所述第一聚焦线圈4和第二聚焦线圈6的结构相同，均为外带磁轭结构的同心线圈。
请参阅图1，所述阴极1及栅极2通过多芯高压电缆A 108与真空室外部的高压电源连接，为整个电子枪装置提供高压电源；
所述阳极3及枪体9接地，所述枪体9的侧壁上设有电子枪分子泵接口15。
作为一种优选实施方式，所述枪体9的内部设置水冷通道，所述水冷通道通过设置枪体侧壁上的进水口A 106和出水口A 107与真空室外部的水冷系统连接，以便于对所述阴极1进行冷却。
请再参阅图1，为了便于电子枪A 100与束流导引通道A 10之间的连接，所述法兰组件包括电子枪连接法兰与束流导引通道连接法兰。
需要明确的是，本实施例中，所述电子束流14由阴极1发射，经过阴极1、阳极3之间的电场加速，穿过阳极3的阳极孔，进入第一聚焦线圈4产生的轴向磁场空间，电子束14进行第一次电磁汇聚，再进入第一偏转线圈5产生的偏转磁场，偏转90°，进入第二聚焦线圈6产生的轴向磁场空间，电子束14再一次汇聚，进入第二偏转线圈7产生的偏转磁场，偏转角度范围为45°～90°，使电子束14偏转到金属丝材12上，加热熔化金属丝材12，进行成形。
第二实施例：
请参阅图6，两把结构相同的电子枪A 100与电子枪B 200以金属丝材12为中心对称倒立安装于溜板17上。
具体的，本实施例中，所述溜板17安装于真空室内部电子枪运动机构上，所述电子枪A 100与束流导引通道A 10通过法兰连接；所述电子枪B 200与束流导引通道B 20通过法兰连接；所述电子枪A 100通过高压电缆A 108与真空室外部电源A连接；所述电子枪B 200通过高压电缆B 208与真空室外部电源B连接；所述电子枪A 100的枪体通过进水口A 106、出水口A 107与真空室外部水冷系统连接；所述电子枪B 200的枪体通过进水口B 206、出水口B 207与真空室外部水冷系统连接；所述电子枪A 100与电子枪B 200以金属丝材12为中心对称安装。
需要说明的是，本实施例中，所述电子枪A 100产生的电子束A 14、电子枪B 200产生的电子束B 24及金属丝材12处于同一平面内；所述电子枪A 100的电子束A 14由阴极发射向上运动，经过束流导引通道A 10产生的射向纸面内的磁场，向下偏转到金属丝材12的一侧；所述电子枪B 200的电子束B 24由阴极发射向上运动，经过束流导引通道B 20产生的射出纸面内的磁场，向下偏转到金属丝材12的另外一侧；所述电子枪A 100的电子束A 14与所述电子枪B 200的电子束B 24同时对金属丝材12进行加热，熔化金属丝材，提高成形效率。
综上，本发明通过倒立安装在真空室内的电子枪使出束口背对着成形零件，及强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材12上进行熔丝成形，避免金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪的阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。此外，以金属丝材12为中心对称倒立安装的两把电子枪装置，可以提高熔丝成形效率，较少熔丝成形电子束加热的阴影区，提高电子束熔丝增材制造的灵活性。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板，及倒立安装在所述溜板上的至少一把电子枪，所述电子枪的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，所述电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴，所述送丝机构用于将金属丝材从导丝嘴中送至工件的上表面上；
所述电子枪包括枪体，所述枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及用于安装所述阴极和栅极的绝缘子；
所述束流导引通道包括壳体，所述壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转，以使电子束照射位于工件的上表面上的金属丝材进行熔丝成形。
2.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，当所述电子枪的数量不少于两把时，各个电子枪以金属丝材为中心对称安装。
3.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈的结构相同、绕线匝数相同、产生的磁场方向相同，其中，
所述第一偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束偏转90°；
所述第二偏转线圈用于将调节电子束的偏转角度，调节角度范围为45°～90°。
4.根据权利要求3所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述第一偏转线圈包括采用耐高温绝缘材料制造的骨架，以及设于所述骨架上的一对绕制方向相同的赫姆赫兹线圈结构的绕组；
所述骨架的底部设有入束口、顶部设有漏束检测口B，一侧边设有出束口、另一侧边设有漏束检测口A，所述漏束检测口A中安装漏束检测传感器A，所述漏束检测口B中安装漏束检测传感器B，所述漏束检测传感器A用于判断是否发生所述第一偏转线圈产生的磁场与设计方向相反的现象，所述漏束检测传感器B用于判断是否发生所述第一偏转线圈未产生磁场现象。
5.根据权利要求4所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述漏束检测传感器A与漏束检测传感器B的结构相同，包括与所述骨架绝缘连接的金属极板和采样电阻，所述采样电阻一端与金属极板连接、另一端接地，所述采样电阻与金属极板连接处之间连接束流轨迹检测电路，所述束流轨迹检测电路用于检测连接处的电压变化，以判断有无偏转磁场和束流偏转方向是否相反。
6.根据权利要求4所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述赫姆赫兹线圈结构的绕组与电子束运行轨迹的平面相平行，且相对称。
7.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述第一聚焦线圈和第二聚焦线圈的结构相同，均为外带磁轭结构的同心线圈。
8.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述阴极及栅极通过多芯高压电缆与真空室外部的高压电源连接；
所述阳极及枪体接地，所述枪体的侧壁上设有电子枪分子泵接口。
9.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述枪体的内部设置水冷通道，所述水冷通道通过设置枪体侧壁上的进水口和出水口与真空室外部的水冷系统连接。
10.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述法兰组件包括电子枪连接法兰与束流导引通道连接法兰。
CN201911140056.6A 2019-11-20 2019-11-20 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置 Active CN110838427B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911140056.6A CN110838427B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911140056.6A CN110838427B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110838427A true CN110838427A (zh) 2020-02-25
CN110838427B CN110838427B (zh) 2022-04-29

Family

ID=69576854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911140056.6A Active CN110838427B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110838427B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112144123A (zh) * 2020-09-17 2020-12-29 中国航空制造技术研究院 一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置
CN112466730A (zh) * 2020-11-26 2021-03-09 中国航空制造技术研究院 一种大功率移动式脉冲电子枪
CN114284124A (zh) * 2021-02-02 2022-04-05 湖州超群电子科技有限公司 一种电子束辐照增强装置及其使用方法
WO2022166631A1 (zh) * 2021-02-02 2022-08-11 湖州超群电子科技有限公司 一种电子束3d打印系统及其使用方法
CN115831691A (zh) * 2022-11-25 2023-03-21 广东省科学院中乌焊接研究所 脉冲激光加热阴极电子枪、选区熔化装置和束流调控方法

Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778658A (en) * 1972-09-01 1973-12-11 Gen Electric Multibeam cathode ray tube utilizing d.a.m. grid
JPS5871544A (ja) * 1981-10-23 1983-04-28 Nec Corp 電子ビ−ムによる物質処理装置
SU1286373A1 (ru) * 1985-09-16 1987-01-30 Предприятие П/Я В-8772 Способ электронно-лучевой сварки
JPH07258832A (ja) * 1994-03-25 1995-10-09 Toppan Printing Co Ltd 真空蒸着装置用電子銃およびそれを備えた真空蒸着装置
JPH08287858A (ja) * 1995-04-13 1996-11-01 Nec Corp 電子ビーム溶接機用電子ビーム軌道偏向システム
JP2003089867A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Toppan Printing Co Ltd 蒸着薄膜の製造方法
CN1506688A (zh) * 2002-12-11 2004-06-23 中国科学院电子学研究所 电子束偏转式电场传感器
JP2007023364A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Sony Corp 蒸着装置
CN103928278A (zh) * 2014-03-14 2014-07-16 大连交通大学 一种高能量电子枪
CN104272425A (zh) * 2012-05-09 2015-01-07 阿卡姆股份有限公司 用于产生电子束的方法和装置
CN105590816A (zh) * 2016-02-02 2016-05-18 赵文天 一种冷阴极大功率电子束枪
CN106132068A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 中国原子能科学研究院 一种回旋加速器注入束流偏转板与中心区装置
CN106392290A (zh) * 2016-11-21 2017-02-15 沈阳金锋特种设备有限公司 一种多电子束中心送丝的电子束加工系统及加工方法
CN106504966A (zh) * 2016-10-18 2017-03-15 西安智熔金属打印系统有限公司 一种一体化阵列电子枪及电子束选区熔化快速成形系统
CN106535457A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 中广核中科海维科技发展有限公司 一种防返轰电子直线加速器
CN106702328A (zh) * 2017-02-17 2017-05-24 大连交通大学 磁偏转电子束蒸发源
CN206326359U (zh) * 2016-12-19 2017-07-14 中国工程物理研究院材料研究所 一种多功能电子束热加工装置
CN107622932A (zh) * 2017-09-14 2018-01-23 宁波鑫利成真空科技有限公司 一种轴向电子束枪用偏转接头及其使用方法
CN109216135A (zh) * 2018-03-21 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种丝束同轴的熔丝增材制造电子枪装置
CN109514068A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束热丝熔丝增材制造的装置
CN109514066A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束熔丝增材制造的控制层间温度的装置
CN110052609A (zh) * 2019-05-29 2019-07-26 中国航空制造技术研究院 电子束丝束同轴熔丝沉积成形设备

Patent Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778658A (en) * 1972-09-01 1973-12-11 Gen Electric Multibeam cathode ray tube utilizing d.a.m. grid
JPS5871544A (ja) * 1981-10-23 1983-04-28 Nec Corp 電子ビ−ムによる物質処理装置
SU1286373A1 (ru) * 1985-09-16 1987-01-30 Предприятие П/Я В-8772 Способ электронно-лучевой сварки
JPH07258832A (ja) * 1994-03-25 1995-10-09 Toppan Printing Co Ltd 真空蒸着装置用電子銃およびそれを備えた真空蒸着装置
JPH08287858A (ja) * 1995-04-13 1996-11-01 Nec Corp 電子ビーム溶接機用電子ビーム軌道偏向システム
JP2003089867A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Toppan Printing Co Ltd 蒸着薄膜の製造方法
CN1506688A (zh) * 2002-12-11 2004-06-23 中国科学院电子学研究所 电子束偏转式电场传感器
JP2007023364A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Sony Corp 蒸着装置
CN104272425A (zh) * 2012-05-09 2015-01-07 阿卡姆股份有限公司 用于产生电子束的方法和装置
CN103928278A (zh) * 2014-03-14 2014-07-16 大连交通大学 一种高能量电子枪
CN105590816A (zh) * 2016-02-02 2016-05-18 赵文天 一种冷阴极大功率电子束枪
CN106132068A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 中国原子能科学研究院 一种回旋加速器注入束流偏转板与中心区装置
CN106504966A (zh) * 2016-10-18 2017-03-15 西安智熔金属打印系统有限公司 一种一体化阵列电子枪及电子束选区熔化快速成形系统
CN106535457A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 中广核中科海维科技发展有限公司 一种防返轰电子直线加速器
CN106392290A (zh) * 2016-11-21 2017-02-15 沈阳金锋特种设备有限公司 一种多电子束中心送丝的电子束加工系统及加工方法
CN206326359U (zh) * 2016-12-19 2017-07-14 中国工程物理研究院材料研究所 一种多功能电子束热加工装置
CN106702328A (zh) * 2017-02-17 2017-05-24 大连交通大学 磁偏转电子束蒸发源
CN107622932A (zh) * 2017-09-14 2018-01-23 宁波鑫利成真空科技有限公司 一种轴向电子束枪用偏转接头及其使用方法
CN109216135A (zh) * 2018-03-21 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种丝束同轴的熔丝增材制造电子枪装置
CN109514068A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束热丝熔丝增材制造的装置
CN109514066A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束熔丝增材制造的控制层间温度的装置
CN110052609A (zh) * 2019-05-29 2019-07-26 中国航空制造技术研究院 电子束丝束同轴熔丝沉积成形设备

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112144123A (zh) * 2020-09-17 2020-12-29 中国航空制造技术研究院 一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置
CN112144123B (zh) * 2020-09-17 2021-06-08 中国航空制造技术研究院 一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置
CN112466730A (zh) * 2020-11-26 2021-03-09 中国航空制造技术研究院 一种大功率移动式脉冲电子枪
CN112466730B (zh) * 2020-11-26 2024-03-22 中国航空制造技术研究院 一种大功率移动式脉冲电子枪
CN114284124A (zh) * 2021-02-02 2022-04-05 湖州超群电子科技有限公司 一种电子束辐照增强装置及其使用方法
WO2022166631A1 (zh) * 2021-02-02 2022-08-11 湖州超群电子科技有限公司 一种电子束3d打印系统及其使用方法
WO2022166626A1 (zh) * 2021-02-02 2022-08-11 湖州超群电子科技有限公司 一种电子束辐照增强装置及其使用方法
CN115831691A (zh) * 2022-11-25 2023-03-21 广东省科学院中乌焊接研究所 脉冲激光加热阴极电子枪、选区熔化装置和束流调控方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110838427B (zh) 2022-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110838427B (zh) 一种用于熔丝增材制造的电子枪装置
JP2995388B2 (ja) イオン注入機に使用するイオン発生装置とその方法
KR101988538B1 (ko) X선 발생 장치
US9653251B2 (en) X-ray apparatus and a CT device having the same
US20040218723A1 (en) X-ray generator
US5187371A (en) Charged particle beam apparatus
US7176469B2 (en) Negative ion source with external RF antenna
CN109216135B (zh) 一种丝束同轴的熔丝增材制造电子枪装置
EP1056113A2 (en) Ion implanter and a method of implanting ions
EP1471562B1 (en) Particle-optical apparatus with a permanent-magnetic lens and an electrostatic lens
UA69394C2 (uk) Пристрій для випромінювання заряджених частинок, зварювальний апарат та пристрій для одержання пучка заряджених частинок
CN105590816A (zh) 一种冷阴极大功率电子束枪
KR20070026024A (ko) 뢴트겐 또는 ｘｕｖ-빔을 발생시키기 위한 장치
WO2014123835A1 (en) X-ray source with improved target lifetime
CN113745089B (zh) 使用感应加热气体的用于光谱法的电喷雾离子源
JPWO2014136314A1 (ja) アークプラズマ成膜装置
GB2127213A (en) A method and an apparatus for uniform heating of products in a vacuum chamber
KR20060060536A (ko) 웨이퍼 전하 보상장치 및 이를 구비한 이온 주입 시스템
WO2007000971A1 (ja) Ｘ線管及びｘ線管装置とｘ線管の製造方法
JPS6086746A (ja) 電子銃
JP4619176B2 (ja) マイクロフォーカスｘ線管
JP2007128874A (ja) 電子銃
JPH02227950A (ja) 陰極の回りに磁界を生じさせる装置を有する電子銃
EP1204507B1 (en) Arc-free electron gun
US3555347A (en) Self aligning electron beam welder

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant