CN114801173A - 一种3d打印电子枪装置和3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种3D打印电子枪装置和3D打印设备，3D打印电子枪装置包括依次设置的阴极件、偏置杯、阳极件和导束管，所述阴极件产生的电子束能够依次穿过所述偏置杯、所述阳极件从所述导束管射出；加速电路，所述加速电路的正极与所述阳极件电连接，所述加速电路的负极与所述阴极件电连接；偏压电路，所述偏压电路与所述偏置杯电连接，使得所述偏置杯的负压值小于所述阴极件的负压值；调节组件，所述调节组件与所述阳极件传动连接；线圈组件，所述线圈组件套设在所述导束管上；控制组件，所述控制组件与所述线圈组件电连接。本发明能够保证打印精度。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种3D打印电子枪装置和3D打印设备。
背景技术
高功率电子枪的电子束是在阴极件充分加热的情况下产生的，可以通过改变加速电压来控制电子束的功率。然而如果加速电压发生变化，则必须相应地重新调整电子束所需的电场，如果电场调节不均匀，容易造成束流的散射进而增大束斑直径，影响打印精度。现有技术中，由于阴极件与阳极件之间的距离无法调整，从而在改变加速电压后导致打印的精度变差。
因此，需要一种3D打印电子枪装置和3D打印设备来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印电子枪装置和3D打印设备，能够保证打印精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印电子枪装置，包括依次设置的阴极件、偏置杯、阳极件和导束管，所述阴极件产生的电子束能够依次穿过所述偏置杯、所述阳极件从所述导束管射出；
加速电路，所述加速电路的正极与所述阳极件电连接，所述加速电路的负极与所述阴极件电连接；
偏压电路，所述偏压电路与所述偏置杯电连接，使得所述偏置杯的负压值小于所述阴极件的负压值；
调节组件，所述调节组件与所述阳极件传动连接，所述调节组件能够调节所述阳极件与所述阴极件之间的相对距离；
线圈组件，所述线圈组件套设在所述导束管上；
控制组件，所述控制组件与所述线圈组件电连接，所述控制组件能够通过所述线圈组件控制所述电子束进行打印工作。
进一步地，所述加速电路包括加速电源，所述加速电源的正极与所述阳极件电连接，所述加速电源的负极与所述阴极件电连接。
进一步地，所述偏压电路包括偏压电源，所述偏压电源的正极与所述加速电源的负极电连接，所述偏压电源的负极与所述偏置杯电连接。
进一步地，所述调节组件包括主动件和从动件，所述主动件与所述从动件传动连接，所述从动件与所述阳极件连接。
进一步地，所述导束管包括同轴线套设的第一管部和第二管部，所述第一管部与所述第二管部围设形成冷却腔，所述导束管上开设有与所述冷却腔连通的进水口和出水口。
进一步地，所述导束管的内部管壁上涂覆有石墨。
进一步地，所述线圈组件包括依次套设在所述导束管上的像散线圈组件、聚焦线圈组件、偏转线圈组件和扫描线圈组件，所述控制组件与所述像散线圈组件、所述聚焦线圈组件、所述偏转线圈组件和所述扫描线圈组件均电连接。
进一步地，所述像散线圈组件包括像散线圈和像散电源，所述像散线圈套设在所述导束管上，所述像散电源与所述像散线圈以及所述控制组件电连接，所述聚焦线圈组件包括聚焦线圈和聚焦电源，所述聚焦线圈套设在所述导束管上，所述聚焦电源与所述聚焦线圈以及所述控制组件电连接。
进一步地，所述偏转线圈组件包括偏转线圈和偏转电源，所述偏转线圈套设在所述导束管上，所述偏转电源与所述偏转线圈以及所述控制组件电连接，所述扫描线圈组件包括扫描线圈和扫描电源，所述扫描线圈套设在所述导束管上，所述扫描电源与所述扫描线圈以及所述控制组件电连接。
一种3D打印设备，包括如上所述的一种3D打印电子枪装置。
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种3D打印电子枪装置，阴极件产生的电子束能够依次穿过偏置杯、阳极件从导束管射出，通过调节偏压电路即可调节偏置杯的电位，从而调节电子束的加速电压，控制组件通过线圈组件控制电子束进行打印作业。在加速电压变化后，只需通过调节组件即可调节阴极件与阳极件之间的相对距离，从而改变阳极件与阴极件之间的焦距，来改善打印精度。
本发明所提供的一种3D打印设备，包括如上所述的3D打印电子枪装置，能够保证打印精度。
附图说明
图1是本发明一种3D打印电子枪装置的示意图。
图中：
1、阴极件；2、偏置杯；3、阳极件；4、加速电路；41、加速电源；5、偏压电路；51、偏压电源；6、导束管；61、进水口；7、线圈组件；71、像散线圈；72、像散电源；73、聚焦线圈；74、聚焦电源；75、偏转线圈；76、偏转电源；77、扫描线圈；78、扫描电源；8、调节组件；81、主动件；82、从动件；9、控制组件；91、计算机；92、PLC。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。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”、“上方”和“上面”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”、“下方”和“下面”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。
在3D打印过程中，通过改变加速电压来控制电子束的功率。然而如果加速电压发生变化，则必须相应地重新调整电子束所需的电场。为了便于调节电场，从而保证打印精度，如图1所示，本发明提供一种3D打印电子枪装置。3D打印电子枪装置包括依次设置的阴极件1、偏置杯2、阳极件3、导束管6、加速电路4、偏压电路5、调节组件8、线圈组件7和控制组件9。
其中，阴极件1产生的电子束能够依次穿过偏置杯2、阳极件3从导束管6射出；加速电路4的正极与阳极件3电连接，加速电路4的负极与阴极件1电连接；偏压电路5与偏置杯2电连接，使得偏置杯2的负压值小于阴极件1的负压值；调节组件8与阳极件3传动连接，调节组件8能够调节阳极件3与阴极件1之间的相对距离；线圈组件7套设在导束管6上；控制组件9与线圈组件7电连接，控制组件9能够通过线圈组件7控制电子束进行打印工作。
在加速电压变化后，只需通过调节组件8即可调节阴极件1与阳极件3之间的相对距离，从而改变阳极件3与阴极件1之间的焦距，保证打印精度。
进一步地，阴极件1的材质为六硼化镧，六硼化镧材料做阴极件1比通常的钨灯丝寿命长，可达1000小时左右，而钨灯丝只有40小时左右。采用六硼化镧做阴极件1，减少更换阴极件1的时间，提升了生产效率，延长了电子枪寿命。
进一步地，加速电路4包括加速电源41，加速电源41的正极与阳极件3电连接，加速电源41的负极与阴极件1电连接。通过设置加速电源41，对阳极件3和阴极件1提供电能，从而在阳极件3和阴极件1之间激发形成电场，从而可以对阴极件1产生的电子束进行加速。
进一步地，偏压电路5包括偏压电源51，偏压电源51的正极与加速电源41的负极电连接，偏压电源51的负极与偏置杯2电连接。通过将偏转电源76的正极与加速电源41的负极电连接，从而能够抵消部分加速电源41施加在阴极件1上的负压，保证偏置杯2的负压值小于阴极件1上的负压值。
偏置杯2通过偏压电源51在阴极件1上产生一个虚拟环形的磁场，减少了离开阴极件1表面的电子数量，从而减少了电子束的电流。通过增加或减小偏置杯2的负电位，可以控制这个环形的磁场的大小，从而调节离开阴极件1表面电子的密度，从而调节束流。偏置杯2的另一个特点是它能稳定波束电流。如果噪声或高压浪涌影响到阴极件1的电压源，则根据阴极件1的材料的功函数，从阴极件1发射出的电子就会受到影响。如果偏置杯2电位上升与阴极电位的上升量相等，则额外的发射电子流将被环形的磁场的孔径尺寸的减小所抵消。因此，如果保持阴极件1和偏置杯2之间的电位差，就可以获得噪声更小、更稳定的波束式电子流。
为了保持阴极件1和偏置杯2之间的电位差，加速电源41和偏压电源51使用相同的高压源，偏置杯2由偏压电源51提供其额外的负电位。阴极件1和偏置杯2之间的电位可以改变，通过控制偏压的值，可以调制光束电流，而不必改变阴极件1的电位，从而改变发射的电子。
进一步地，调节组件8包括主动件81和从动件82，主动件81与从动件82传动连接，从动件82与阳极件3连接。具体地，在本实施例中，调节组件8采用齿轮齿条传动结构，通过转动齿轮，齿轮与齿条啮合传动，从而使得齿条带动相连的阳极件3运动，达到调节阳极件3和阴极件1之间的相对距离。在其他实施例中，调节组件8可以采用丝杠丝母组件，通过转动丝杠带动丝母进行运动，从而通过丝母带动阳极件3运动。
进一步地，导束管6包括同轴线套设的第一管部和第二管部，第一管部与第二管部围设形成冷却腔，导束管6上开设有与冷却腔连通的进水口61和出水口。通过采用双层空心的导束管6，可以将冷却水通入到导束管6的冷却腔中。缓解了线圈的发热，延长线圈的使用寿命。同时由于电子束流也会打在导束管6内壁上，使导束管6发热，这样的设计也达到给导束管6降温的目的。
进一步地，导束管6的内部管壁上涂覆有石墨。石墨用于起到导电的作用。
进一步地，线圈组件7包括依次套设在导束管6上的像散线圈组件、聚焦线圈组件、偏转线圈组件和扫描线圈组件，控制组件9与像散线圈组件、聚焦线圈组件、偏转线圈组件和扫描线圈组件均电连接。
具体地，像散线圈组件包括像散线圈71和像散电源72，像散线圈71套设在导束管6上，像散电源72与像散线圈71以及控制组件9电连接，聚焦线圈组件包括聚焦线圈73和聚焦电源74，聚焦线圈73套设在导束管6上，聚焦电源74与聚焦线圈73以及控制组件9电连接。像散线圈71的功能是将电子束横截面校正为标准圆形，并消除像差。消除电子束的像差是必要的，可以减小束径，以便将能量更好地应用到零件表面；聚焦线圈73设置在像散线圈71下方，聚焦线圈73对加速后的电子束进行聚焦，减小束斑的直径。
进一步地，偏转线圈组件包括偏转线圈75和偏转电源76，偏转线圈75套设在导束管6上，偏转电源76与偏转线圈75以及控制组件9电连接，扫描线圈组件包括扫描线圈77和扫描电源78，扫描线圈77套设在导束管6上，扫描电源78与扫描线圈77以及控制组件9电连接。偏转线圈75设置在聚焦线圈73下方，偏转线圈75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；扫描线圈77用于控制电子束往复扫描执行打印动作，偏转线圈75和扫描线圈77独立设置，并用两个电源独立供电，缓解了由于加速电压的升高而损耗的束流功率，同时减少了偏转线圈75和扫描线圈77的发热，延长偏转线圈75和扫描线圈77的使用寿命。
进一步地，控制组件9包括计算机91和PLC92，通过计算机91设计打印的路径，并通过将程序发送至PLC92，PLC92控制线圈组件7从而控制电子束，实现3D打印。具体地，控制组件9为现有技术，对其工作原理在此不做过多赘述。
本实施例还提供了一种3D打印设备，包括如上的一种3D打印电子枪装置，能够保证打印的精度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印电子枪装置，其特征在于，包括依次设置的阴极件(1)、偏置杯(2)、阳极件(3)和导束管(6)，所述阴极件(1)产生的电子束能够依次穿过所述偏置杯(2)、所述阳极件(3)从所述导束管(6)射出；
加速电路(4)，所述加速电路(4)的正极与所述阳极件(3)电连接，所述加速电路(4)的负极与所述阴极件(1)电连接；
偏压电路(5)，所述偏压电路(5)与所述偏置杯(2)电连接，使得所述偏置杯(2)的负压值小于所述阴极件(1)的负压值；
调节组件(8)，所述调节组件(8)与所述阳极件(3)传动连接，所述调节组件(8)能够调节所述阳极件(3)与所述阴极件(1)之间的相对距离；
线圈组件(7)，所述线圈组件(7)套设在所述导束管(6)上；
控制组件(9)，所述控制组件(9)与所述线圈组件(7)电连接，所述控制组件(9)能够通过所述线圈组件(7)控制所述电子束进行打印工作。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述加速电路(4)包括加速电源(41)，所述加速电源(41)的正极与所述阳极件(3)电连接，所述加速电源(41)的负极与所述阴极件(1)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述偏压电路(5)包括偏压电源(51)，所述偏压电源(51)的正极与所述加速电源(41)的负极电连接，所述偏压电源(51)的负极与所述偏置杯(2)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述调节组件(8)包括主动件(81)和从动件(82)，所述主动件(81)与所述从动件(82)传动连接，所述从动件(82)与所述阳极件(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述导束管(6)包括同轴线套设的第一管部和第二管部，所述第一管部与所述第二管部围设形成冷却腔，所述导束管(6)上开设有与所述冷却腔连通的进水口(61)和出水口。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述导束管(6)的内部管壁上涂覆有石墨。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述线圈组件(7)包括依次套设在所述导束管(6)上的像散线圈组件、聚焦线圈组件、偏转线圈组件和扫描线圈组件，所述控制组件(9)与所述像散线圈组件、所述聚焦线圈组件、所述偏转线圈组件和所述扫描线圈组件均电连接。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述像散线圈组件包括像散线圈(71)和像散电源(72)，所述像散线圈(71)套设在所述导束管(6)上，所述像散电源(72)与所述像散线圈(71)以及所述控制组件(9)电连接，所述聚焦线圈组件包括聚焦线圈(73)和聚焦电源(74)，所述聚焦线圈(73)套设在所述导束管(6)上，所述聚焦电源(74)与所述聚焦线圈(73)以及所述控制组件(9)电连接。
9.根据权利要求7所述的一种3D打印电子枪装置，其特征在于，所述偏转线圈组件包括偏转线圈(75)和偏转电源(76)，所述偏转线圈(75)套设在所述导束管(6)上，所述偏转电源(76)与所述偏转线圈(75)以及所述控制组件(9)电连接，所述扫描线圈组件包括扫描线圈(77)和扫描电源(78)，所述扫描线圈(77)套设在所述导束管(6)上，所述扫描电源(78)与所述扫描线圈(77)以及所述控制组件(9)电连接。
10.一种3D打印设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的一种3D打印电子枪装置。
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