CN114334587A - 电子枪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电子枪，包括冷却组件和阴极组件，冷却组件包括瓶体、硅油和液冷管，瓶体内设有容纳腔，硅油被盛装在容纳腔中，液冷管设置在瓶体上并位于容纳腔中，液冷管能冷却硅油；阴极组件包括阴极杯和灯丝，灯丝设置在阴极杯中，阴极杯与瓶体连接。本发明的电子枪的冷却组件能利用液冷管降低硅油的温度，从而使瓶体的温度也得到降低，由于阴极组件中的阴极杯与瓶体连接，从而间接冷却了阴极杯，最终使设置在阴极杯中的灯丝温度也得到有效控制，避免灯丝温度过高而发生变形，保障了电子枪打印精度和灯丝的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及精密增材制造领域技术领域，尤其涉及一种电子枪。
背景技术
金属3D打印是一种通过逐层的材料堆积来实现零件加工的高端制造技术，广泛应用在航空航天、汽车、模具、医疗等领域，尤其是在医用植入件和工业高性能零件方面有着广泛地需求。目前金属3D打印技术根据热源不同分为激光式3D打印和电子束3D打印。电子束3D打印技术相对于激光3D打印技术而言，由于其输出功率和扫描速度较高，具有预热效果较好、成形零件力学性能及表面质量较好等优势。
电子枪包括发生电子的发射极(阴极)和加速电子的引出极(阳极)。在电子枪里，一般采用钨丝做阴极，钨丝通电加热后，表面产生大量的热电子，在阳极和阴极之间的高压电场作用下，热电子加速向阳极方向高速移动，并获得很高的动能。在电子枪工作时，阴极的温度较高，长时间工作在高温状态下，会导致阴极发生变形，影响电子束流的发射密度，同时使电子束流发散严重，导致束斑变大，影响打印精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子枪，能避免阴极的温度过高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种电子枪，包括：
冷却组件，所述冷却组件包括瓶体、硅油和液冷管，所述瓶体内设有容纳腔，所述硅油被盛装在所述容纳腔中，所述液冷管设置在所述瓶体上并位于所述容纳腔中，所述液冷管能冷却所述硅油；
阴极组件，所述阴极组件包括阴极杯和灯丝，所述灯丝设置在所述阴极杯中，所述阴极杯与所述瓶体连接。
作为本发明的一种优选方案，所述瓶体包括高压瓷瓶、套环和上盖，所述套环套设在所述高压瓷瓶的外表面上，所述上盖与所述套环的顶部可拆卸连接，所述液冷管设置在所述上盖上。
作为本发明的一种优选方案，所述液冷管呈U型，所述高压瓷瓶呈圆台状，所述套环内设有圆台状的空腔，所述高压瓷瓶的大端设置在所述空腔中，所述高压瓷瓶的小端与所述阴极杯连接。
作为本发明的一种优选方案，所述电子枪还包括阳极组件，所述阳极组件与所述阴极组件间隔设置，所述阳极组件设置在所述阴极组件背离所述冷却组件的一侧，所述阳极组件包括阳极本体和冷却环，所述冷却环环绕所述阳极本体，所述冷却环内开设有供冷却液流动的流道，所述流道在所述冷却环表面形成冷却液入口和冷却液出口。
作为本发明的一种优选方案，所述阳极本体上设有电子通道，所述电子通道贯穿所述阳极本体。
作为本发明的一种优选方案，所述电子枪还包括校正装置，所述校正装置设置在所述阳极组件背离所述阴极组件的一侧。
作为本发明的一种优选方案，所述电子枪还包括导束管，所述导束管，所述导束管设置在所述校正装置背离所述阳极组件的一侧，所述电子通道的中心线与所述导束管的中心线重合，所述导束管的内壁涂覆石墨。
作为本发明的一种优选方案，所述电子枪还包括聚焦线圈，所述聚焦线圈环绕所述导束管设置。
作为本发明的一种优选方案，所述电子枪还包括偏转线圈，所述偏转线圈环绕所述导束管设置，所述聚焦线圈设置在所述校正装置与所述偏转线圈之间。
作为本发明的一种优选方案，所述灯丝为钨丝，所述灯丝呈V型。
本发明的有益效果：
本发明的电子枪的冷却组件能利用液冷管降低硅油的温度，从而使瓶体的温度也得到降低，由于阴极组件中的阴极杯与瓶体连接，从而间接冷却了阴极杯，最终使设置在阴极杯中的灯丝温度也得到有效控制，避免灯丝温度过高而发生变形，保障了电子枪打印精度和灯丝的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一的电子枪的结构示意图；
图2为图1中冷却组件的剖视图；
图3为图1中阴极组件的结构示意图；
图4为图1中阳极组件的立体分解图。
图中：
1、冷却组件；11、瓶体；111、高压瓷瓶；112、套环；113、上盖；12、硅油；13、液冷管；2、阴极组件；21、阴极杯；211、发射孔；22、灯丝；3、阳极组件；31、阳极本体；311、电子通道；32、冷却环；321、冷却液入口；322、冷却液出口；4、校正装置；5、导束管；6、聚焦线圈；61、主聚焦线圈；62、次聚焦线圈；7、偏转线圈；100、容纳腔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之“上”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之“下”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1至图3所示，本发明一实施例的电子枪包括冷却组件1和阴极组件2，冷却组件1包括瓶体11、硅油12和液冷管13，瓶体11内设有容纳腔100，硅油12被盛装在容纳腔100中，液冷管13设置在瓶体11上并位于容纳腔100中，液冷管13能冷却硅油12，阴极组件2包括阴极杯21和灯丝22，灯丝22设置在阴极杯21中，阴极杯21与瓶体11连接。
本实施例的电子枪的冷却组件1能利用液冷管13降低硅油12的温度，从而使瓶体11的温度也得到降低，由于阴极组件2中的阴极杯21与瓶体11连接，从而间接冷却了阴极杯21，最终使设置在阴极杯21中的灯丝22温度也得到有效控制，避免灯丝22温度过高而发生变形，保障了电子枪打印精度和灯丝22的使用寿命。液冷管13中可以通入水或其他类型的溶液作为冷却液。
灯丝22优选为钨丝，钨的熔点高且具有较强的耐侵蚀性，因此具有较长的使用寿命，且钨丝的成本也较为低廉。在本实施例中，灯丝22的形状为V型，阴极杯21底部开设有发射孔211，灯丝22的尖端正对发射孔211，电子束从发射孔211射出。此种形状的灯丝22形成的初始电子束具有较高的发射密度，且电子束的发散程度小，束斑直径小，因此具有较高的精度。
进一步的，瓶体11包括高压瓷瓶111、套环112和上盖113，套环112套设在高压瓷瓶111的外表面上，上盖113与套环112的顶部可拆卸连接，液冷管13设置在上盖113上。当处于常温状态时，硅油12的体积小于容纳腔100的体积，因为硅油12受热后会膨胀，因此要留出一定的空间，避免膨胀后的硅油12对瓶体11施加过大压力而造成瓶体11结构上的损坏。因此，当处于常温状态时，硅油12可以不浸没液冷管13，当电子枪工作后，硅油12受热膨胀，液冷管13与硅油12发生接触，从而能对硅油12进行冷却。由于上盖113与套环112的顶部可拆卸连接，当需要对硅油12进行更换时，打开上盖113即能进行操作。
更进一步的，液冷管13呈U型，高压瓷瓶111呈圆台状，套环112内设有圆台状的空腔，高压瓷瓶111的大端设置在空腔中，高压瓷瓶111的小端与阴极杯21连接。高压瓷瓶111具有很好的绝缘性，硅油12也具有很好的绝缘性，因此能实现很好的绝缘效果。高压瓷瓶111的大端外表面与套环112的内表面相互贴合，具有较好的密封性，能防止硅油12外流，套环112的圆台状的空腔能对高压瓷瓶111进行限位，便于高压瓷瓶111与套环112之间进行装配。当需要装配高压瓷瓶111和套环112时，先让高压瓷瓶111的小端穿过套环112，随着高压瓷瓶111的运动，高压瓷瓶111大端的外壁将与套环112的内壁贴合。
当硅油12受热膨胀后，高压瓷瓶111和套环112的这种装配形式使得硅油12所产生的压力将高压瓷瓶111的外壁与套环112的内壁更紧密地贴合在一起，依然不会发生硅油12的泄露。当然，硅油12的体积需要进行计算，使得硅油12即使最大限度的膨胀，也只会产生较小的压力，不至于损坏瓶体11。
高压瓷瓶111和套环112之间可以采用粘接剂进行粘接，也可以采用其他连接方式。在本实施例中，液冷管13呈U型，液冷管13优选为采用黄铜制作，使得液冷管13具有较高的导热系数，能对硅油12起到较好的冷却效果。在另一些实施例中，液冷管13扭曲为螺旋状，使得液冷管13与硅油12之间具有更大的接触面积，从而能提高冷却效果。
如图1和图4所示，本实施例的电子枪还包括阳极组件3，阳极组件3与阴极组件2间隔设置，阳极组件3设置在阴极组件2背离冷却组件1的一侧，阳极组件3包括阳极本体31和冷却环32，冷却环32环绕阳极本体31，冷却环32内开设有供冷却液流动的流道，流道在冷却环32表面形成冷却液入口321和冷却液出口322。阳极组件3与阴极组件2之间能产生高压电场，此高压电场使得从发射孔211中射出的电子高速运动。不仅阴极组件2在电子枪工作时会发生温度过高的问题，阳极组件3也会面临温度过高的情况，一旦阳极组件3温度过高，也会造成其发生变形，使其功能无法正常发挥。本实施例中的冷却环32中可以通入冷却液，从而使冷却环32的温度得到有效控制，而阳极本体31也与冷却环32连接，因此使阳极本体31的温度也不至于过高。
进一步的，阳极本体31上设有电子通道311，电子通道311贯穿阳极本体31。从发射孔211中射出的电子会从电子通道311中高速穿过，因此，电子通道311必须与发射孔211对齐。当阳极本体31温度过高时，电子通道311可能会变形，导致电子无法顺利通过而直接打到阳极本体31上，这些打到阳极本体31上的电子又会造成阳极本体31的温度进一步升高。因此，必须要对阳极本体31的温度进行控制。
如图1所示，本实施例的电子枪还包括校正装置4，校正装置4设置在阳极组件3背离阴极组件2的一侧。校正装置4包括外壳和校正线圈，校正线圈设置在外壳内部，校正线圈能对经电子通道311射出的电子束进行初步的校正，对电子束起聚集作用。外壳的外表面涂覆有石墨，涂覆的石墨具有导电的作用，能消除静电的影响。外壳上下均开有小孔，经过阳极组件3的电子束从小孔打出。
如图1所示，本实施例的电子枪还包括导束管5，导束管5设置在校正装置4背离阳极组件3的一侧，电子通道311的中心线与导束管5的中心线重合，导束管5的内壁涂覆石墨。电子束经过校正装置4后，会进入到导束管5中，涂覆有石墨的导束管5能够消除静电，避免静电对电子束产生干扰，提高电子束的束流品质。
如图1所示，本实施例的电子枪还包括聚焦线圈6，聚焦线圈6环绕导束管5设置。聚焦线圈6包括主聚焦线圈61和次聚焦线圈62，主聚焦线圈61和次聚焦线圈62均呈圆环状，主聚焦线圈61套设在次聚焦线圈62外，电子束进入聚焦线圈6之后，聚焦线圈6对加速后的电子束进行聚焦，减小束斑的直径。
如图1所示，本实施例的电子枪还包括偏转线圈7，偏转线圈7环绕导束管5设置，聚焦线圈6设置在校正装置4与偏转线圈7之间。偏转线圈7对聚焦后的电子束进行偏转，修正电子束的聚束角，使其准确打在零件上，提高打印精度，从而提高打印零件的质量。
作为本发明优选的实施方案，在本说明书的描述中，参考术语“进一步的”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方案，本发明并不局限于上述详细方案，即不意味着本发明必须依赖上述详细方案才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电子枪，其特征在于，包括：
冷却组件，所述冷却组件包括瓶体、硅油和液冷管，所述瓶体内设有容纳腔，所述硅油被盛装在所述容纳腔中，所述液冷管设置在所述瓶体上并位于所述容纳腔中，所述液冷管能冷却所述硅油；
阴极组件，所述阴极组件包括阴极杯和灯丝，所述灯丝设置在所述阴极杯中，所述阴极杯与所述瓶体连接。
2.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述瓶体包括高压瓷瓶、套环和上盖，所述套环套设在所述高压瓷瓶的外表面上，所述上盖与所述套环的顶部可拆卸连接，所述液冷管设置在所述上盖上。
3.根据权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述液冷管呈U型，所述高压瓷瓶呈圆台状，所述套环内设有圆台状的空腔，所述高压瓷瓶的大端设置在所述空腔中，所述高压瓷瓶的小端与所述阴极杯连接。
4.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，还包括阳极组件，所述阳极组件与所述阴极组件间隔设置，所述阳极组件设置在所述阴极组件背离所述冷却组件的一侧，所述阳极组件包括阳极本体和冷却环，所述冷却环环绕所述阳极本体，所述冷却环内开设有供冷却液流动的流道，所述流道在所述冷却环表面形成冷却液入口和冷却液出口。
5.根据权利要求4所述的电子枪，其特征在于，所述阳极本体上设有电子通道，所述电子通道贯穿所述阳极本体。
6.根据权利要求5所述的电子枪，其特征在于，还包括校正装置，所述校正装置设置在所述阳极组件背离所述阴极组件的一侧。
7.根据权利要求6所述的电子枪，其特征在于，还包括导束管，所述导束管，所述导束管设置在所述校正装置背离所述阳极组件的一侧，所述电子通道的中心线与所述导束管的中心线重合，所述导束管的内壁涂覆石墨。
8.根据权利要求7所述的电子枪，其特征在于，还包括聚焦线圈，所述聚焦线圈环绕所述导束管设置。
9.根据权利要求8所述的电子枪，其特征在于，还包括偏转线圈，所述偏转线圈环绕所述导束管设置，所述聚焦线圈设置在所述校正装置与所述偏转线圈之间。
10.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述灯丝为钨丝，所述灯丝呈V型。
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