CN111512410B - 增强电子束生成 - Google Patents

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Abstract

一种电子束源，其包括阴极，阳极，用于将电子束偏转在目标表面上的装置以及至少一个真空泵，该电子束源还包括布置在阳极和用于偏转电子束的装置之间的收缩区域，其中，收缩区域中的孔相对于阴极与阳极中的孔对准，第一真空泵布置在收缩区域与阳极之间，第二真空泵布置在阳极上方，气体入口设置在收缩区域和用于偏转电子束的装置之间，其中电子束的第一交叉点布置在收缩区域处或紧邻收缩区域。

Description

增强电子束生成
技术领域
本发明的各个实施例涉及电子束源，用于生成电子束的方法以及使用这种电子束源的增材制造处理。
背景技术
自由形式制造或增材制造是一种用于通过连续熔融施加到工作台上的粉末层的选定部分来形成三维制品的方法。在US 2009/0152771中公开了根据该技术的方法和设备。
这样的设备可以包括：工作台，要在该工作台上形成三维制品；粉末分配器，其布置成在工作台上铺设粉末薄层以形成粉末床；能量束源，其用于将能量束斑传递到粉末从而发生粉末的熔融；元件，其用于控制粉末床上的能量束斑，以通过熔融部分粉末床来形成三维制品的横截面；控制计算机，其中存储有关三维制品的连续横截面的信息。通过连续熔融由粉末分配器连续铺设的粉末层的连续地形成的横截面来形成三维制品。
当通过使用电子束源以熔化材料的增材制造来构建三维制品时，真空室和/或电子束源的污染可能是个问题。污染可能取决于要熔融的材料。一些材料在熔融或熔化时几乎不会排气/蒸发，这可以通过真空泵系统来解决。但是，其他材料在熔融或熔化时可能会大量排气/蒸发，这可能会对电子束源产生负面影响，或者在最坏的情况下可能会停止电子束的生成，这可能是一个问题。当在增材制造中使用电子束向要熔融的材料传递能量时，希望能够使用任何类型的材料，而与熔化/熔融时材料的蒸发程度无关。
在WO 2016/026668中，公开了用于刺激电子束源中的发射的装置。在该文献中，将氢气引入电子束柱中，这对于特定类型的丝的电子发射率是有利的。还公开了将其他气体引入电子束柱中以抑制电子束丝的污染。然而，这种特定类型的技术将需要相对大量的气体，特别是在丝处或附近可能存在过多的气体，这会降低电子束的质量和/或降低丝的寿命。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供一种方法和相关联的系统，该方法和相关联的系统能够通过使用对要熔化材料的蒸发程度和/或电子束源附近的污染物的量不敏感的电子束源来进行电子束熔化增材制造。通过根据本文所包含的权利要求的特征来实现上述目的。根据各种实施例，提供了一种电子束源，该电子束源包括阴极，阳极，用于将电子束偏转在目标表面上的装置以及至少一个真空泵。该电子束源还包括布置在阳极和用于偏转电子束的装置之间的收缩孔口，其中收缩孔口相对于阴极与阳极中的孔口对准，并且其中收缩孔口小于阳极中的孔口。第一真空泵布置在收缩孔口与阳极之间，第二真空泵布置在阳极上方。气体入口设置在收缩孔口和用于偏转电子束的装置之间，其中电子束的第一交叉点布置在收缩孔口处或紧邻收缩孔口。
这种实施例的示例性且非限制性优点是，收缩孔口下方的气体压力禁止颗粒/气体分子进入阴极元件的区域，否则可能对电子束源有害。
在另一示例实施例中，电子束的第一交叉点由设置在阳极和收缩孔口之间的至少一个第一聚焦透镜产生。
这种实施例的示例性且非限制性优点是，可以通过调节第一聚焦透镜的设置来调节第一交叉点。在调节电子束电流的情况下这可能是有利的，因为电子束电流的改变经常还会改变电子束的第一交叉点的位置。具有改变第一交叉点的位置的能力，可以与所使用的电子束电流无关地固定第一交叉点的位置。这反过来可能是有利的，因为可以使用更小的收缩孔口，这又将增加收缩孔口上方和下方的压力差。在压力差增加的情况下，可以更好地抑制污染颗粒到达阴极区域，同时可以将阴极区域处或阴极区域附近的平均压力保持在最低水平。
在本发明的又一示例实施例中，电子束源还包括布置在收缩孔口上方并紧邻收缩孔口以感测拾取电流的拾取孔口，其中，将拾取电流用作设置在阳极和收缩孔口之间的聚焦透镜的输入调节，以将第二交叉点的位置维持在收缩孔口处或紧邻收缩孔口。
使用拾取孔口的示例性且非限制性优点是，第二交叉点可以设置在固定位置，而与所使用的电子束电流无关。在拾取孔口处检测到的电子束电流可以用作第一聚焦透镜的调节信号。另外，拾取孔口可以用作校准工具，以确保第二交叉点与收缩孔口对准。在电子束在收缩孔口中未对准的情况下，可以进行第一聚焦透镜在X-Y平面中的位置的调节，使得没有检测到信号。如果这样做的话，对于与收缩孔口的尺寸基本相同的斑尺寸，可以实现相对良好的对准。
在又一示例实施例中，根据查询表调节第一交叉点。
使用查找表来调节电子束的第一交叉点的位置的示例性非限制性优点是这非常快。一旦知道要使用哪个电子束电流，就立即知道第一聚焦透镜的设置，以正确设置第一交叉点的位置。
在本发明的又一示例实施例中，阳极上方的平均压力低于阳极下方的平均压力。
该实施例的示例性且非限制性优点是，由阳极限定为上部限制并且由收缩孔口限定为下部限制的中间区段将用作差动抽吸区段，与如果不使用中间区段相比，这将允许阴极处或其附近的真空度水平更高。中间区段具有其自己的真空泵，而上部区段具有布置阴极元件的位置。中间区段负责可能通过收缩孔口逸出的气体原子。
附图说明
这样，已经概括地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1描绘了根据本发明的电子束源的示例实施例；
图2描绘了其中可以使用本发明的电子束源的现有技术电子束熔化增材制造设备的示意图；
图3是根据各个实施例的示例性系统1020的框图；
图4A是根据各个实施例的服务器1200的示意框图；以及
图4B是根据各个实施例的示例性移动装置1300的示意框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明的各种实施例，在附图中示出了本发明的一些但不是全部实施例。实际上，本发明的实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。除非另有限定，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明相关领域的普通技术人员通常已知和理解的相同含义。除非另有指出，否则术语“或”在本文中以替代和结合的意义使用。贯穿全文，相同的数字表示相同的元件。
更进一步，为了促进对本发明的理解，下面限定了许多术语。本文所限定的术语具有本发明有关的领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如“一”，“一种”和“该”的术语并非旨在仅指单数实体，而是包括可用特定示例来说明的通用类别。本文中的术语用于描述本发明的特定实施例，但是除了如权利要求中概述的那样，它们的使用并不限制本发明。
如本文所使用的术语“三维结构”等通常是指旨在用于特定目的的预期或实际制造的三维构造(例如，一种或多种结构材料的三维构造)。这种结构等可以例如借助于三维CAD系统来设计。
如本文在各种实施例中使用的术语“电子束”是指任何带电粒子束。带电粒子束的源可以包括电子枪，线性加速器等。
图2描绘了根据其中可以使用本发明的电子束源的现有技术的自由形式制造或增材制造设备21的示例实施例。设备21包括电子束枪6；电子束光学器件7；两个粉末料斗4、14；构建平台2；构建箱10；粉末分配器28；粉末床5；真空室20，控制单元8，以及气体管道44。
真空室20可以能够借助于或经由真空系统来维持真空环境，该系统可以包括本领域技术人员众所周知的涡轮分子泵，涡旋泵，离子泵和一个或多个阀，因此在该上下文中不需要进一步解释。真空系统可以由控制单元8控制。熔融在一起的粉末材料的各个层提供在真空室20的第一区段20a中。电子束源提供在真空室20的第二区段20b中，其中第一区段20a和第二区段20b彼此开放地连接。
电子束枪6生成电子束，该电子束被用于预热粉末，将提供在构建平台2上的粉末材料熔化或熔融在一起，和/或对已经熔融的粉末材料进行后热处理。电子束枪6提供在真空室20的第二区段20b中。控制单元8可以用于控制和管理从电子束枪6发射的电子束。
电子束光学器件7可以包括至少一个聚焦线圈，至少一个偏转线圈以及可选地至少一个用于像散校正的线圈。
电子束电源(未示出)可以电连接到控制单元8。在本发明的示例实施例中，电子束枪6可以生成具有约15-60kV的加速电压并且束功率在3-10kW的范围内的可聚焦电子束。当通过将粉末用电子束逐层熔融来构建三维制品时，真空室20的第一区段20a中的压力可以为1x10-3mbar或更低。
电子束生成阴极可以是由钨，碱土金属六硼化物(例如，六硼化锂，六硼化钠，六硼化钾，六硼化铷，六硼化铯或六硼化钫)或稀土金属六硼化物(例如，六硼化钪，六硼化钇，六硼化镧，六硼化铈，六硼化镨，六硼化钕，六硼化钷，六硼化钐，六硼化铕，六硼化钆，六硼化铽，六硼化镝，六硼化钬,六硼化铒，六硼化铥，六硼化镱，六硼化镥)制成的热电子阴极。
根据模型，可以在工作台上引导来自至少一个电子束源的电子束以在第一选定位置熔融，以形成三维制品的第一横截面，同时向真空室的第二区段供应气体。根据控制单元8给出的指令，将射束引导到构建平台2上。在控制单元8中，存储了关于如何控制三维制品的每一层的电子束的指令。三维制品3的第一层可以构建在可以是可移动的构建平台2上，在粉末床5中或在可选的起始板上。起始板可直接布置在构建平台2上或布置在构建平台2上提供的粉末床5的顶部上。气体可以存储在气体罐46中，并经由管道44连接到真空室20的第二区段20b。阀50可以设置在管道44上，其可以由控制单元8控制。
提供到真空室的第二区段20b中的气体可以是惰性气体(例如氮气)或纯稀有气体(例如氦气，氖气，氩气，氪气，氙气或氡气)，或混合气体(例如不同稀有气体的混合物或稀有气体与氮气的混合物)。在另一个示例实施例中，气体可以是氢气，氧气和/或氦气。
根据现有技术，在制造三维制品期间，真空室20的第二区段20b中的压力略高于真空室20的第一区段20a中的压力。在示例实施例中，第二区段20b中的压力可以是2×10- 3mBar，而第一区段20a中的压力可以是1×10-3mBar。控制单元可以经由阀50控制将被提供到第二区段中的气体量，以在第二区段中维持足够的预定压力。
在阴极处或附近的这种增加的压力是有关本发明试图克服的阴极寿命的问题。
代替如图1所示的两个粉末料斗，可以使用仅一个粉末料斗。替代地，可以通过其他已知方法来提供粉末，例如，在构建容器旁边的一个或两个粉末存储器，具有高度可调平台，用于通过调节高度可调平台的高度来输送预定量的粉末。然后通过刮刀或粉末耙将粉末从粉末容器耙到构建容器。
粉末分配器28布置成将粉末材料的薄层铺设在构建平台2上。在工作周期期间，构建平台2将相对于真空室中的固定点连续降低。为了使这种移动成为可能，在本发明的一个实施例中，构建平台2在竖直方向上(即在箭头P所示的方向上)可移动地布置。这意味着构建平台2从初始位置开始，在该初始位置中已经铺设了必要厚度的第一粉末材料层。降低构建平台2的方式可以例如通过配备有齿轮，调节螺钉等的伺服引擎来进行。伺服引擎可以连接到控制单元8。
在完成第一层之后(即，熔融粉末材料以制造三维制品的第一层之后)，在构建平台2上提供第二粉末层。第二层的厚度可以由构建平台相对于构建第一层的位置降低的距离来确定。
在已经将第二粉末层分配在构建平台上之后，将能量束引导到工作台上，从而使第二粉末层在选定的位置熔融，以形成三维制品的第二横截面。第二层中的熔融部分可以结合至第一层的熔融部分。通过不仅熔化最上层中的粉末而且还再熔化最上层直接下方一层的厚度的至少一部分，可以将第一层和第二层中的熔融部分熔化在一起。
通过连续熔融粉末床的部分而形成的三维制品，该部分对应于三维制品的连续横截面，包括提供三维制品的模型的步骤。可以经由CAD(计算机辅助设计)工具来生成模型。
通过根据几种方法将粉末均匀地分配在工作台上，可以在工作台316上提供第一粉末层。分配粉末的一种方式是通过耙系统收集从料斗306、307掉落的材料。耙在构建箱上移动，从而将粉末分配到起始板上。耙的下部与起始板或先前粉末层的上部之间的距离决定了分配在起始板上的粉末厚度。通过调节构建平台314的高度，可以轻松地调节粉末层的厚度。
图1描绘了根据本发明的电子束源100的示例实施例。电子束源100包括阴极102、阳极170、用于将电子束偏转到目标表面140上的装置。用于偏转电子束的装置可以是一个或多个偏转线圈122。
电子束源100还包括第一真空泵109和第二真空泵114。第一真空泵布置在阳极170上方，第二真空泵布置在阳极170与收缩孔口128之间。
收缩孔口128布置在阳极170和用于偏转电子束的装置(即至少一个偏转线圈122)之间。收缩孔口128相对于阴极102与阳极170中的孔口108对准。收缩孔口128小于阳极170中的孔口108。
气体入口126设置在收缩孔口128和用于偏转电子束的装置之间。电子束101的第一交叉点106布置在阳极170上方，第二交叉点130布置在收缩孔口128处或紧邻收缩孔口128。气体入口经由管道124和用于调节进入电子束枪的气体的压力和流量的装置(未示出)连接到气体供应部160。用于调节压力和流量的装置可以是连接到控制单元(未示出)的一个或多个阀。
在图1中，描绘了具有阴极102，阳极170和栅极104的三极管或二极管电子束源。本发明对于具有阴极102和阳极170以及可选地具有固定栅极的二极管电子束源同样有效，其中栅极是电子束电流的调节源的三极管也一样。在二极管电子束源中，通过改变阴极的热量来调节电子束电流，阴极越热，电子束电流越高，反之亦然。在三极管和二极管的情况下，第一交叉点可以布置在阳极170处或其上方。在三极管中，第一交叉点可以在阴极和阳极之间的任何位置处。位置，形状和施加到栅极104的电压确定交叉点的位置。在二极管中，交叉点取决于阴极102的形状，并且如果存在栅极则取决于栅极的固定电势。在来自阴极102的平行电子束101的情况下，第一交叉点(它是虚拟交叉点)在阴极102上方无限远。在发散电子束101的情况下，虚拟交叉点在阴极102上方以有限距离布置。在会聚电子束的情况下，交叉点布置在阳极和阴极之间。在示例实施例中，第二交叉点可被布置在收缩孔口128下方几毫米处。
图1中的电子束源还具有可选的离子阱111，该离子阱111布置成用于捕获离子，以使此类离子不会到达阴极。可选的离子阱可以是具有用于电子束101的孔口的板。可以将离子阱设置为约200V的负电势。
图1中的电子束源100还具有用于限制电子束发散的可选的漂移管。
电子束源100基本上分为三个区段。顶部区段190是第一边界115上方的部分，中间区段192在第一边界115与第二边界116之间，底部区段194是第二边界116下方的部分。顶部区段190具有第一真空泵109。第一边界115可以布置在阳极170下方。当操作时，顶部区段190可以具有1×10-6至1-10-8mBar范围内的平均真空度。第二边界116可以是收缩孔口板116的延伸。中间区段192具有第二真空泵114。当操作时，中间区段192可以具有1×10-5至9-10-5mBar范围内的平均真空度。当操作时，直接连接到目标表面140所在位置的底部区段194可以具有1×10-3至1-10-4mBar范围内的平均真空度。
第一聚焦透镜112可以是一个或多个聚焦透镜，布置在所述中间区段192中。第一聚焦透镜112具有聚焦电子束101以适合小收缩孔口128的功能。第二交叉点130可以布置在收缩孔口128处或紧邻收缩孔口128，这意味着可以允许实际的第二交叉点130在收缩孔口128上方或下方几毫米。
具有孔口的拾取板129可以布置在收缩孔口128上方并紧邻收缩孔口128。拾取板129的孔口可以基本上与收缩孔口128对准。拾取板129的孔口可以具有与收缩孔口128基本上相同的直径。拾取板129可以感测未通过拾取板129中的孔口的任何电子，即，这是未通过收缩孔口128的电子的测量。可以将未通过拾取板129的电子数量转换为第一聚焦透镜112的转向信号。
在校准电子束源的初始阶段，拾取板129可用于调节第一聚焦透镜112的位置，以使电子束与收缩孔口对准，即，收缩孔口的中心以电子束的中心为中心。稍后，拾取板可用于将第二交叉点的位置保持在收缩孔口处或紧邻收缩孔口。这可以通过将拾取板129的感测信号发送到第一聚焦透镜112来完成。当电子束电流改变时，该信号可以改变第一聚焦透镜112的设置。电子束电流的变化将很可能还会改变第二交叉点130的位置，并且通过感测第二交叉点130被拾取板129移动了多少，可以对聚焦透镜112进行调节，以便不管所施加的电子束电流如何，都保持第二交叉点130的期望位置。该调节可以是主动调节，即，动态进行测量和校正。替代地，当校准电子束源100时创建查找表。一旦改变栅极104以施加预定的电子束电流，或者在二极管的情况下，当改变阴极102的温度以实现期望的电子束电流时，阴极102的温度或栅极电势具有第一聚焦透镜112的直接对应校正值，以便将第二交叉点130保持在固定位置。
中间区段192经由阳极170中的孔口108开放地连接到顶部区段190。中间区段192经由收缩孔口128开放地连接到底部区段194。当气体通过气体入口126进入电子束源100的底部区段194时，底部区段194中的压力将充当污染物的塞子，该污染物可能会从目标表面140或电子束源的底部区段194下方的任何其他位置逸出。在增材制造设备中，目标表面是要熔融的粉末材料。第三真空泵136可以布置在真空室(图2中的20)中，该真空室包围目标表面140，以在目标表面140处或其附近维持期望的真空条件。阳极170的孔口108和收缩孔口128与第二真空泵114一起确定中间区段192的真空条件。在示例实施例中，收缩孔口128小于阳极170中的孔口108。
在示例实施例中，阳极170的孔口108的直径为3.2mm，并且收缩孔口128的直径为2mm。阳极170的孔口108的直径可以在2-3，5mm的范围内。收缩孔口128的直径可以在1-2mm的范围内。
通过使氦气或另一种惰性气体经由气体入口126进入底部区段194，底部区段的局部压力增加，这将减少污染物颗粒的平均自由行程，该污染物颗粒的路径可能向上朝向阴极元件。收缩孔口限制了许多气体原子到达中间区段。第二真空泵114和第三真空泵136优选地尽可能远离气体入口126。底部区段194中较高的局部压力将使任何金属化颗粒或不带电的残留气体颗粒重新定向，从而使顶部区段190和中间区段192基本保持未被污染。在良好地抑制金属化和反应性残留气体的情况下，电子发射可以很稳定，并且阴极元件将持续更长的时间。
电子束源还包括：至少一个散光透镜118，其用于校正目标表面上的电子束斑150的形状与期望形状的任何偏差；至少一个聚焦透镜120，其用于改变目标表面140上的束斑150的尺寸。
在本发明的另一方面，提供一种用于通过连续沉积粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，该粉末材料的各个层由来自电子束源的电子束熔融在一起以形成制品。该方法包括第一步骤：提供布置在阳极和用于偏转电子束的装置之间的收缩孔口，其中收缩孔口相对于电子束源的阴极与阳极中的孔口对准，并且其中收缩孔口小于阳极的孔口。用于偏转电子束的装置是一个或多个偏转线圈或偏转透镜。
第二步骤：在阳极上方提供电子束的第一交叉点。第一交叉点可以是虚拟或真实交叉点。
第三步骤：在收缩孔口和阳极之间提供第一真空泵，以及在阳极上方提供第二真空泵。
第四步骤：在收缩孔口处或紧邻收缩孔口提供第二交叉点。第二交叉点由布置在中间区段192中的第一聚焦透镜112产生。
第五步骤：将气体提供到电子束源中，其中，气体入口布置在收缩孔口和用于偏转电子束的装置之间。
在本发明的另一方面，提供一种程序元件，当在计算机上执行时该程序元件被构造和布置成实施本文所述的方法。程序元件可以被安装在计算机可读存储介质中。根据需要，计算机可读存储介质可以是本文其他各处所述的控制单元中的任何一个，也可以是另一个单独的控制单元。可以包括体现在其中的计算机可读程序代码部分的计算机可读存储介质和程序元件可以进一步包含在非暂时性计算机程序产品内。依次在下面提供有关这些特征和构造的进一步详细信息。
如上所述，本发明的各种实施例可以以各种方式来实施，包括作为非暂时性计算机程序产品。计算机程序产品可以包括存储应用，程序，程序模块，脚本，源代码，程序代码，目标代码，字节代码，编译代码，解释代码，机器代码，可执行指令等(本文也称为可执行指令，用于执行的指令，程序代码和/或本文可互换使用的相似术语)的非暂时性计算机可读存储介质。这样的非暂时性计算机可读存储介质包括所有计算机可读介质(包括易失性和非易失性介质)。
在一个实施例中，非易失性计算机可读存储介质可以包括软盘，软磁盘，硬盘，固态存储(SSS)(例如，固态驱动器(SSD)，固态卡(SSC)，固态模块(SSM))，企业级闪存驱动器，磁带或任何其他非暂时性磁性介质等。非易失性计算机可读存储介质还可以包括打孔卡，纸带，光学标记纸(或具有孔图案或其他光学可识别标记的任何其他物理介质)，光盘只读存储器(CD-ROM)，光盘可擦写光盘(CD-RW)，数字多功能盘(DVD)，蓝光盘(BD)，任何其他非暂时性光学介质等。这样的非易失性计算机可读存储介质还可包括只读存储器(ROM)，可编程只读存储器(PROM)，可擦可编程只读存储器(EPROM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，闪存(例如，串行，NAND，NOR等)，多媒体存储卡(MMC)，安全数字(SD)存储卡，SmartMedia卡，CompactFlash(CF)卡，记忆棒等。此外，非易失性计算机可读存储介质还可包括导电桥接随机存取存储器(CBRAM)，相变随机存取存储器(PRAM)，铁电随机存取存储器(FeRAM)，非易失性随机存取存储器(NVRAM)，磁阻随机存取存储器(MRAM)，电阻式随机存取存储器(RRAM)，硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅存储器(SONOS)，浮接栅随机存取存储器(FJGRAM)，千足虫存储器，赛道存储器等。
在一个实施例中，易失性计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)，动态随机存取存储器(DRAM)，静态随机存取存储器(SRAM)，快速页面模式动态随机存取存储器(FPM DRAM)，扩展数据输出动态随机存取存储器(EDO DRAM)，同步动态随机存取存储器(SDRAM)，双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)，双倍数据速率类型两个同步动态随机存取存储器(DDR2 SDRAM)，双倍数据速率类型三个同步动态随机存取存储器(DDR3 SDRAM)，Rambus动态随机存取存储器(RDRAM)，双晶体管RAM(TTRAM)，晶闸管RAM(T-RAM)，零电容器(Z-RAM)，Rambus嵌入式存储器模块(RIMM)，双嵌入式存储器模块(DIMM)，单嵌入式存储器模块(SIMM)，视频随机存取存储器VRAM，高速缓冲存储器(包括各种级别)，闪存，寄存器存储器等。将理解的是，在将实施例描述为使用计算机可读存储介质的情况下，除上述计算机可读存储介质之外，其他类型的计算机可读存储介质也可以替代或使用。
应当理解，本发明的各种实施例还可以被实施为方法，设备，系统，计算装置，计算实体等，如本文其他地方所描述的。这样，本发明的实施例可以采取设备，系统，计算装置，计算实体等的形式，执行存储在计算机可读存储介质上的指令，以进行某些步骤或操作。然而，本发明的实施例也可以采取进行某些步骤或操作的完全硬件实施例的形式。
下面参考设备，方法，系统和计算机程序产品的框图和流程图说明来描述各种实施例。应当理解，框图和流程图说明中的任一个的每个框分别可以例如作为在计算系统中的处理器上执行的逻辑步骤或操作，部分地由计算机程序指令来实施。可以将这些计算机程序指令加载到计算机(例如专用计算机或其他可编程数据处理设备)上，以产生专门构造的机器，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令实施流程图框中指定的功能。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生制造制品，该指令包括用于实施流程图框中指定的功能的计算机可读指令。也可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上进行，以产生计算机实施的处理，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供实施在流程图框中指定的功能的操作。
因此，框图和流程图说明的框支持用于进行指定功能的各种组合，用于进行指定功能的操作和用于进行指定功能的程序指令的组合。还应当理解，框图和流程图说明的每个框以及框图和流程图说明的框的组合，可以由进行指定功能或操作的基于专用硬件的计算机系统，或专用硬件和计算机指令的组合来实施。
图3是可以与本发明的各种实施例结合使用的示例性系统1020的框图。在至少所示的实施例中，系统1020可以包括一个或多个中央计算装置1110，一个或多个分布式计算装置1120，以及一个或多个分布式手持或移动装置1300，它们均构造成经由一个或多个网络1130与中央服务器1200(或控制单元)通信。尽管图3将各种系统实体示出为单独的独立实体，但是各种实施例不限于该特定架构。
根据本发明的各种实施例，一个或多个网络1130可以能够支持根据许多第二代(2G)，2.5G，第三代(3G)，和/或第四代(4G)移动通信协议等中的任何一个或多个的通信。更具体地，一个或多个网络1130可以能够支持根据2G无线通信协议IS-136(TDMA)，GSM和IS-95(CDMA)的通信。同样，例如，一个或多个网络1130可以能够支持根据2.5G无线通信协议GPRS，增强型数据GSM环境(EDGE)等的通信。另外，例如，一个或多个网络1130可以能够支持根据3G无线通信协议(例如采用宽带码分多址(WCDMA)无线电接入技术的通用移动电话系统(UMTS)网络)的通信。一些窄带AMPS(NAMPS)以及TACS网络也可以从本发明的实施例中受益，双模式或更高模式的移动站(例如，数字/模拟或TDMA/CDMA/模拟电话)也应从本发明的实施例中受益。作为又一示例，系统1020的每个部件可以被构造为根据例如射频(RF)、蓝牙TM、红外(IrDA)的技术，或多种不同的有线或无线网络技术(包括有线或无线个人局域网(“PAN”)，局域网(“LAN”)，城域网(“MAN”)，广域网(“WAN”)等)中的任何一种彼此通信。
尽管在图3中将装置1110-1300示为在相同的网络1130上彼此通信，但是这些装置同样可以在多个单独的网络上通信。
根据一个实施例，除了从服务器1200接收数据之外，分布式装置1110、1120和/或1300还可以被构造为自行收集和传输数据。在各种实施例中，装置1110、1120和/或1300可以能够经由一个或多个输入单元或装置(诸如小键盘，触摸板，条形码扫描器，射频识别(RFID)读取器，接口卡(例如调制解调器等)或接收机)接收数据。装置1110、1120和/或1300还可以能够将数据存储到一个或多个易失性或非易失性存储器模块，并且经由一个或多个输出单元或装置(例如，通过将数据显示给操作装置的用户或通过例如在一个或多个网络1130上传输数据)来输出数据。
在各种实施例中，服务器1200包括用于进行根据本发明的各种实施例的一个或多个功能的各种系统，包括本文更具体地示出和描述的那些。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，服务器1200可以包括用于进行一个或多个相同功能的多种替代装置。例如，在某些实施例中，服务器1200的至少一部分可以位于分布式装置1110、1120和/或手持或移动装置1300上，这对于特定应用可能是期望的。如将在下面进一步详细描述的，在至少一个实施例中，手持或移动装置1300可以包含一个或多个移动应用1330，该一个或多个移动应用1330可以被构造为提供用于与服务器1200通信的用户接口，所有这些都将在下面同样详细地描述。
图4A是根据各种实施例的服务器1200的示意图。服务器1200包括处理器1230，该处理器1230经由系统接口或总线1235与服务器内的其他元件通信。服务器1200中还包括用于接收和显示数据的显示/输入装置1250。该显示/输入装置1250可以是例如与监视器结合使用的键盘或定点装置。服务器1200还包括存储器1220，存储器1220通常包括只读存储器(ROM)1226和随机存取存储器(RAM)1222。服务器的ROM 1226用于存储基本输入/输出系统1224(BIOS)，基本输入/输出系统1224包含帮助在服务器1200内的元件之间传递信息的基本例程。先前已经在本文中描述了各种ROM和RAM构造。
另外，服务器1200包括至少一个存储装置或程序存储装置210，例如硬盘驱动器，软盘驱动器，CD Rom驱动器或光盘驱动器，用于存储各种计算机可读介质(例如硬盘，可移动磁盘或CD-ROM磁盘)上的信息。如本领域普通技术人员将理解的，这些存储装置1210中的每个通过适当的接口连接到系统总线1235。存储装置1210及其相关联的计算机可读介质为个人计算机提供非易失性存储。如本领域普通技术人员将理解的，上述计算机可读介质可以被本领域已知的任何其他类型的计算机可读介质代替。这样的介质包括例如磁带盒，闪存卡，数字视频盘和伯努利盒式磁带。
尽管未示出，但是根据实施例，服务器1200的存储装置1210和/或存储器可以进一步提供数据存储装置的功能，该数据存储装置可以存储可由服务器1200访问的历史和/或当前输送数据以及输送条件。就这一点而言，存储装置1210可以包括一个或多个数据库。术语“数据库”是指诸如经由相关数据库，层次数据库或网络数据库存储在计算机系统中的记录或数据的结构化集合，因此，不应以限制的方式来解释。
包括例如可由处理器1230执行的一个或多个计算机可读程序代码部分的多个程序模块(例如，示例性模块1400-1700)可以由各种存储装置1210存储在RAM 1222中。这样的程序模块还可以包括操作系统1280。在这些和其他实施例中，各种模块1400、1500、1600、1700借助于处理器1230和操作系统1280来控制服务器1200的操作的某些方面。在其他实施例中，应当理解，在不脱离本发明的范围和实质的情况下，还可以提供一个或多个附加和/或替代模块。
在各个实施例中，程序模块1400、1500、1600、1700由服务器1200执行，并且被构造为生成一个或多个图形用户接口，报告，指令和/或通知/警报，所有这些都可访问和/或可传输到系统1020的各个用户。在某些实施例中，用户接口，报告，指令和/或通知/警报可以经由一个或多个网络1130访问，该一个或多个网络1130可以包括因特网或其他可行的通信网络，如先前所讨论的。
在各种实施例中，还应当理解，模块1400、1500、1600、1700中的一个或多个可以替代地和/或附加地(例如，一式两份)本地存储在装置1110、1120和/或1300中的一个或多个上，并且可以由相同的一个或多个处理器执行。根据各种实施例，模块1400、1500、1600、1700可以向一个或多个数据库发送数据，从一个或多个数据库接收数据，以及利用包含在一个或多个数据库中的数据，该一个或多个数据库可以包括一个或多个单独的，链接的和/或联网的数据库。
同样位于服务器1200内的是网络接口1260，用于与一个或多个网络1130的其他元件进行接口并通信。本领域普通技术人员将认识到，服务器1200部件中的一个或多个可以在地理上位于远离其他服务器部件。此外，服务器1200部件中的一个或多个可以被组合，和/或进行本文描述的功能的附加部件也可以被包括在服务器中。
尽管前述描述了单个处理器1230，但是本领域普通技术人员将认识到，服务器1200可以包括彼此结合操作以进行本文所述功能的多个处理器。除了存储器1220之外，处理器1230还可以连接到用于显示，传输和/或接收数据，内容等的至少一个接口或其他装置。在这方面，接口可以包括用于传输和/或接收数据，内容等的至少一个通信接口或其他装置，以及可以包括显示器和/或用户输入接口的至少一个用户接口，如下面将更详细描述的。用户输入接口又可以包括允许实体从用户接收数据的许多装置中的任何一个，例如小键盘，触摸显示器，操纵杆或其他输入装置。
更进一步，尽管参考“服务器”1200，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明的实施例不限于传统限定的服务器架构。更进一步，本发明的实施例的系统不限于单个服务器或相似的网络实体或大型计算机系统。在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，可以同样地使用包括彼此结合操作以提供本文描述的功能的一个或多个网络实体的其他相似架构。例如，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，可以同样地使用两个或更多个个人计算机(PC)，相似电子装置或手持便携装置相互协作以提供本文描述的与服务器1200相关联的功能的网状网络。
根据各种实施例，利用本文描述的计算机系统和/或服务器可以执行或可以不执行处理的许多单独步骤，并且计算机实施方式的程度可以变化，这对于一个或多个特定应用可能是期望的和/或有益的。
图4B提供了可以与本发明的各种实施例结合使用的移动装置1300的说明性示意表示。移动装置1300可以由各方操作。如图4B所示，移动装置1300可以包括天线1312，发射机1304(例如，无线电)，接收机1306(例如，无线电)，以及分别向发射机1304提供信号并从接收机1306接收信号的处理元件1308。
分别提供给发射机1304的信号和从接收机1306接收的信号可以包括根据适用的无线系统的空中接口标准以与各种实体(诸如服务器1200，分布式装置1110、1120等)进行通信的信令数据。就这一点而言，移动装置1300可以能够以一种或多种空中接口标准，通信协议，调制类型和访问类型进行操作。更具体地，移动装置1300可以根据多种无线通信标准和协议中的任何一种进行操作。在特定实施例中，移动装置1300可以根据多种无线通信标准和协议(例如GPRS，UMTS，CDMA2000、1xRTT，WCDMA，TD-SCDMA，LTE，E-UTRAN，EVDO，HSPA，HSDPA，Wi-Fi，WiMAX，UWB，IR协议，蓝牙协议，USB协议和/或任何其他无线协议)来操作。
根据各种实施例，经由这些通信标准和协议，移动装置1300可以与使用诸如非结构化补充服务数据(USSD)，短消息服务(SMS)，多媒体消息服务(MMS)，双音多频信令(DTMF)和/或用户识别模块拨号器(SIM拨号器)的概念的各种其他实体通信。移动装置1300还可以例如将更改，附件和更新下载到其固件，软件(例如，包括可执行指令，应用，程序模块)以及操作系统。
根据一个实施例，移动装置1300可以包括位置确定装置和/或功能。例如，移动装置1300可以包括适于获取例如纬度，经度，高度，地理编码，路线和/或速度数据的GPS模块。在一个实施例中，GPS模块通过识别可见卫星的数量以及这些卫星的相对位置来获取数据，有时称为星历数据。
移动装置1300还可以包括用户接口(该用户接口可以包括联接到处理元件1308的显示器1316)和/或用户输入接口(联接到处理元件308)。用户输入接口可以包括允许移动装置1300接收数据的多个装置中的任何一个，例如小键盘1318(硬的或软的)，触摸显示器，语音或运动接口或其他输入装置。在包括小键盘1318的实施例中，小键盘可以包括(或引起显示)常规数字(0-9)和相关键(#，*)，以及用于操作移动装置1300的其他键，并且可以包括可以被激活以提供全套字母数字键的全套字母键或一组键。除了提供输入之外，用户输入接口还可用于例如激活或停用某些功能，例如屏幕保护和/或睡眠模式。
移动装置1300还可以包括易失性存储装置或存储器1322和/或非易失性存储装置或存储器1324，其可以被嵌入和/或可以是可移动的。例如，非易失性存储器可以是ROM，PROM，EPROM，EEPROM，闪存，MMC，SD存储卡，记忆棒，CBRAM，PRAM，FeRAM，RRAM，SONOS，赛道存储器等。易失性存储器可以是RAM，DRAM，SRAM，FPM DRAM，EDO DRAM，SDRAM，DDR SDRAM，DDR2SDRAM，DDR3 SDRAM，RDRAM，RIMM，DIMM，SIMM，VRAM，高速缓冲存储器，寄存器存储器等。易失性和非易失性存储装置或存储器可以存储数据库，数据库实例，数据库映射系统，数据，应用，程序，程序模块，脚本，源代码，目标代码，字节代码，编译代码，解释代码，机器代码，可执行指令等，以实施移动装置1300的功能。
移动装置1300还可以包括相机1326和移动应用1330中的一个或多个。根据各种实施例，相机1326可以被构造为附加和/或替代数据收集特征，由此移动装置1300可以经由相机读取，存储和/或发送一个或多个项目。移动应用1330可以进一步提供特征，经由该特征各种任务可以与移动装置1300一起进行。对于移动装置1300和系统1020作为整体的一个或多个用户可能期望可以提供各种构造。
本发明不限于上述实施例，并且在所附权利要求的范围内可以进行许多修改。实际上，本领域普通技术人员将能够使用前文中包含的信息，以未按字面描述但仍由所附权利要求涵盖的方式来修改本发明的各种实施例，因为它们基本上完成了相同的功能以达到基本上相同的结果。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (23)

1.一种电子束源，其特征在于，包括：
阴极，
阳极，
用于将电子束偏转到目标表面上的装置，
至少一个真空泵；和
收缩孔口，所述收缩孔口布置在所述阳极和用于偏转所述电子束的所述装置之间，
其中：
所述收缩孔口相对于所述阴极与所述阳极中的孔口对准；
所述收缩孔口小于所述阳极中的所述孔口；
第一真空泵布置在所述收缩孔口与所述阳极之间，第二真空泵布置在所述阳极上方；
气体入口设置在所述收缩孔口和用于偏转所述电子束的所述装置之间；并且
所述电子束的第一交叉点布置在所述收缩孔口处或紧邻所述收缩孔口。
2.根据权利要求1所述的电子束源，其特征在于，进一步包括所述阳极上方的所述电子束的第二交叉点。
3.根据权利要求1所述的电子束源，其特征在于，其中，所述电子束的所述第一交叉点由设置在所述阳极与所述收缩孔口之间的至少一个第一聚焦透镜产生。
4.根据权利要求3所述的电子束源，其特征在于，其中，设置在所述阳极与所述收缩孔口之间的所述聚焦透镜适于根据电子束电流来调节所述电子束的所述第一交叉点的位置，以便将所述第一交叉点的所述位置维持在所述收缩孔口处或紧邻所述收缩孔口。
5.根据权利要求4所述的电子束源，其特征在于，进一步包括拾取孔口，所述拾取孔口布置在所述收缩孔口上方并紧邻所述收缩孔口以感测拾取电流，其中，所述拾取电流用作设置在所述阳极和所述收缩孔口之间的所述聚焦透镜的输入调节，以将所述第一交叉点的所述位置维持在所述收缩孔口处或紧邻所述收缩孔口。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述第一交叉点根据查找表被调节。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述阳极上方的平均压力低于所述阳极下方的平均压力。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述收缩孔口的尺寸为1-2 mm。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述阳极孔口的尺寸为2-3.5 mm。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述气体是惰性气体。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述气体入口布置在所述收缩孔口下方并且紧邻所述收缩孔口。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，所述电子束源进一步包括至少一个第二聚焦透镜，所述至少一个第二聚焦透镜设置在收缩区域下方，以确定所述目标表面上的所述电子束的尺寸。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的电子束源，其特征在于，其中，用于偏转所述电子束的所述装置是至少一个偏转线圈。
14.一种通过逐层熔融粉末材料来制造三维制品的增材制造机器，其特征在于，所述机器包括控制单元和根据权利要求1所述的电子束源。
15.一种通过连续沉积粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述粉末材料的各个层与来自电子束源的电子束熔融在一起以形成所述制品，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在阳极和至少一个偏转线圈之间布置收缩孔口，其中所述收缩孔口相对于所述电子束源的阴极与所述阳极中的孔口对准，并且其中所述收缩孔口小于所述阳极的所述孔口；
在所述收缩孔口和所述阳极之间布置第一真空泵，在所述阳极上方布置第二真空泵；
将第一交叉点引导在所述收缩孔口处或紧邻所述收缩孔口，
将气体注入到所述电子束源中，其中气体入口布置在所述收缩孔口和所述至少一个偏转线圈之间。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述电子束的第二交叉点引导在所述阳极上方的步骤。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中，所述第一交叉点通过设置在所述阳极和所述收缩孔口之间的至少一个聚焦透镜产生。
18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中，与所述收缩孔口相比，所述阳极具有更大的孔口。
19.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中，至少注入步骤经由控制单元内的至少一个计算机处理器来进行。
20.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，进一步包括以下至少一个步骤：生成将通过逐层熔融粉末材料而在真空室中形成的所述三维制品的模型，或访问将通过逐层熔融粉末材料而在所述真空室中形成的所述三维制品的模型。
21.一种计算机程序产品，包括至少一个非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质具有体现在其中的计算机可读程序代码部分，所述计算机可读程序代码部分包括一个或多个可执行部分，其特征在于，所述一个或多个可执行部分被构造为：
根据模型，将来自所述至少一个电子束源的电子束引导在工作台上，以在第一选定位置进行熔融，从而形成三维制品的第一横截面，
将第一交叉点引导在收缩孔口处或紧邻收缩孔口，所述收缩孔口布置在阳极与用于偏转所述电子束的装置之间，以及
将气体注入到所述电子束源中，其中气体入口布置在所述收缩孔口和用于偏转所述电子束的装置之间，并且其中所述收缩孔口小于所述阳极的孔口。
22.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步被构造为将所述电子束的第二交叉点引导在所述至少一个电子束的阳极上方。
23.根据权利要求21或22所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步被构造为用于以下中的至少一个：生成将通过逐层熔融粉末材料而在真空室中形成的所述三维制品的模型，或访问将通过逐层熔融粉末材料而在所述真空室中形成的所述三维制品的模型。
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