WO2020084261A1 - Double wehnelt-electrode electron source for selective additive manufacturing apparatus - Google Patents

Double wehnelt-electrode electron source for selective additive manufacturing apparatus Download PDF

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WO2020084261A1
WO2020084261A1 PCT/FR2019/052537 FR2019052537W WO2020084261A1 WO 2020084261 A1 WO2020084261 A1 WO 2020084261A1 FR 2019052537 W FR2019052537 W FR 2019052537W WO 2020084261 A1 WO2020084261 A1 WO 2020084261A1
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WO
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wehnelt
electron beam
cathode
source
additional
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/052537
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French (fr)
Inventor
Gilbert Durand
Bruno Robin
Gilles WALRAND
Etienne BLANCHET
Cédric Carlavan
Vincent SOUBIES
Camille DELORME
Original Assignee
Addup
Leptons-Technologies
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Publication date
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    • H01J37/305Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to the general field of selective additive manufacturing.
  • Selective additive manufacturing consists of making three-dimensional objects by consolidating selected areas on successive layers of powdery material (metallic powder, ceramic powder, etc.). The consolidated areas correspond to successive sections of the three-dimensional object. Consolidation is done for example layer by layer, by a total or partial selective fusion carried out with a power source.
  • powdery material metallic powder, ceramic powder, etc.
  • high power laser sources or electron beam sources are used as the source for melting the powder layers.
  • Electron beam sources have the advantage of allowing high manufacturing speeds.
  • the electrons are extracted from the cathode and channeled towards the anode using in particular a positive electrical potential difference between the cathode and the anode.
  • the electron beam produced passes through the wehnelt.
  • the potential difference applied between the cathode and the wehnelt is negative, so that the electrons are repelled by the wehnelt.
  • the diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the plane of powders, that is to say say in the transverse plane in which the electron beam comes into contact with a metallic powder and melts it, is high and increases strongly with the quantity of electrons extracted.
  • this diameter can be between 150 ⁇ m and 250 ⁇ m for a current of 20 mA, and increase when the intensity of the current increases with a slope of approximately 30 ⁇ m / 10 mA.
  • This type of geometry cannot simultaneously produce electron beams of an intensity as high as 100 mA while ensuring an electron beam diameter of less than 150 ⁇ m for lower current intensities.
  • the diameter of the electron beam at low current can be less than 150 pm but these cathodes are not able to supply currents greater than or equal to 100mA.
  • a cathode geometry as represented in FIG. 1 can be envisaged. This type of cathode can operate according to two modes of extraction of electrons.
  • the first mode of operation known as “cross over” is represented in FIG. 1.
  • the cathode 1 emits an electron beam 4 which passes through the wehnelt 2 and the anode 3. All of the parts of Figure 1 have an axial symmetry around the axis D shown in dotted lines.
  • the wehnelt 2 and the anode 3 are open and leave the axis D free for the tip of the cathode 1 or the electron beam 4 to pass.
  • the “cross over” mode corresponds to the situation where the electrons cross between the cathode and the anode, in zone 5 of FIG. 1.
  • Line 8 is one of the electric equipotential lines shown in FIG. 1. All the points of an electric equipotential line are at the same electric potential. The strength of the electric field exerted on an electric charge is perpendicular to the equipotential line which passes through the position of said charge.
  • the other operating mode is said to be without "cross over”. In this mode, the trajectories of the electrons do not cross.
  • the transition current corresponds to the current of the electron beam which separates the two modes. For weaker currents the source works with "cross over”.
  • the diameter of the beam has a peak for this transition current. When the intensity of the beam is swept increasing around the transition current, the diameter of the beam increases suddenly from 40 pm to 50 pm then decreases suddenly from 50 pm to 10 pm.
  • the characteristics of the beam produced are deteriorated during the time of use without it being possible to correct them. This is due to the deterioration of the cathode which must then be changed.
  • the lifespan of a cathode is between 600 and 800 hours.
  • an electron beam source including:
  • the smallest diameter of the electron beam that can be produced in the powder plane, that is to say in the manufacturing plane, is 100 ⁇ m for a beam intensity current range of between 1 mA at 50mA; such a small diameter makes it possible to manufacture with greater precision.
  • the beam intensity current can reach 100 mA to carry out the preheating and sintering operations
  • the diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the powder plane varies little and always in the same direction depending on the intensity of the beam.
  • the diameter of the electron beam in the powder plane remains stable or constant as long as possible despite the wear of the cathode.
  • a general object of the invention is to overcome the limitations of the prior art.
  • an electron beam source which has a diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation with a size of lOOpm over a range of beam intensity current between 1 mA at 50 mA.
  • Another object also of the invention is to propose an electron beam source whose size of the point of impact varies very little as a function of the intensity of the beam.
  • Another object is to obtain an electron beam source whose size of the point of impact remains stable or constant as long as possible despite the wear of the cathode.
  • the invention provides an electron beam source suitable for selective additive manufacturing comprising a cathode, the cathode comprising an emissive zone suitable for emitting electrons, a main wehnelt, an anode and a set of power supplies.
  • the main wehnelt being placed between the cathode and the anode
  • said source comprising an additional wehnelt and a power supply adapted to put said additional wehnelt under electric tension
  • said additional wehnelt being placed in upstream of the wehnelt main with respect to the direction of propagation of the electron beam so that a first additional wehnelt control surface surrounds an upstream part of the emissive zone with respect to the direction of propagation of the electron beam and that a second surface of main wehnelt control surrounds a downstream part of the emissive zone in relation to the direction of propagation of the electron beam.
  • the set of electrical power supplies adapted to energize the cathode, the main wehnelt and the anode and the electrical power supply adapted to energize the additional wehnelt are configured so that the source delivers beams of intensity between 1 mA and 50 mA, preferably between 5 mA and 50 mA, even more preferably between 10 mA and 50 mA, and whose diameters in a plane transverse to the direction of propagation of the electron beam, adapted to be a plane where additive manufacturing powder is consolidated, are substantially constant from one intensity to another;
  • the surface and the shape of said wehnelts facing the cathode are adapted so that the source, supplied under certain electrical voltages, delivers beams of intensity of 100 mA;
  • the source extends along an axis of the source, the axis of the source being an axis of symmetry of the cathode, of the main wehnelt, of the anode and additional wehnelt, the main wehnelt, the additional wehnelt and the anode leaving said source axis free, the first control surface and the second control surface extend around the source axis in a circular fashion and at the same distance from the direction of propagation;
  • the surface and the shape of said wehnelts facing the cathode are adapted so that in case of deterioration of the cathode, the effects of said deterioration on the diameter, intensity and brightness of the electron beam are corrected by a modification the power supply of said source;
  • the cathode is a pointed cathode and in that the tip of the cathode is directed towards the anode.
  • the set of power supplies adapted to energize the cathode, the main wehnelt and the anode and the power supply adapted to energize the additional wehnelt are configured so that the potential difference with respect to the cathode:
  • o of the main wehnelt is between 0 and -3800 volts
  • o of the additional wehnelt is between 0 and -3800 volts
  • the anode is between 0 and -60,000 volts
  • the invention also relates to an apparatus for selective additive manufacturing of three-dimensional object comprising in an enclosure:
  • At least one electron beam source adapted to ensure the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement
  • said source being an electron beam source as described above in this section.
  • the invention also relates to a method of selective additive manufacturing of a three-dimensional object comprising the steps of applying a layer of powder of additive manufacturing on a support or onto a previously consolidated layer, of selective consolidation of the layer of powder applied. , the method being implemented by an apparatus as described above in this section.
  • FIG. 3 is a schematic representation of an example of an electron beam source according to one aspect of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic representation of another example of an electron beam source according to one aspect of the invention.
  • FIG. 5 shows the evolution of the diameter of the electron beam produced by an example of an electron beam source according to one aspect of the invention as a function of its intensity
  • FIG. 6 represents the changes in the diameter of the electron beam as a function of its intensity, the beam being produced on the one hand by an example of an electron beam source according to the prior art and on the other hand by a another example of an electron beam source according to one aspect of the invention;
  • FIG. 7 is a schematic representation of an additive manufacturing apparatus comprising an electron beam source according to a possible embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows an example of an electron beam source.
  • a cathode 11 emits an electron beam 14 which passes through a main wehnelt 12 and the anode 13.
  • the cathode 11, the main wehnelt 12 and the anode 13 have an axial symmetry around the axis D of the source shown in dotted lines.
  • the main wehnelt 12 and the anode 13 are open and leave the axis D free for the passage of the tip of the cathode 11 or of the electron beam 14.
  • the main wehnelt 12 comprises a second control surface 121 which is defined by an opening of the main wehnelt 12. The opening of the main wehnelt allows free passage of the tip of the cathode 11.
  • the second control surface 121 extends around the axis D of the source in a circular manner.
  • the electron beam 14 has an axial symmetry around the axis of propagation coincident with the axis D of the source.
  • the cathode 11 comprises an emissive zone 110, the electrons of the electron beam are emitted from the emissive zone 110 towards the outside of the cathode.
  • the emitting area 110 can be divided into an upstream part 111, a downstream part 112 and a central part 113.
  • upstream and downstream are used with reference to the direction of propagation of the electrons within the electron beam 14, along the axis D of the source from the cathode 11 towards the anode 14.
  • the upstream part 111 of the cathode 11 is located farther from the anode 14 than the central part 113 of the cathode 11, itself further away from the anode 14 relative to the downstream part 112 of the cathode 11.
  • the main wehnelt 12 is positioned so as to surround the downstream part 112 of the emissive zone 110 of the cathode 11. This means that, relative to the axis D of the source, the axial position of the second control surface 121 is the same as the axial position of the downstream part 112.
  • the source comprises a set 15 of power supplies adapted to energize the main wehnelt 12, the cathode 11 and the anode 13.
  • An additional wehnelt 16 is located upstream of the main wehnelt 12 relative to the direction of propagation of the electron beam 14.
  • the additional wehnelt 16 has an axial symmetry about the axis D of the source.
  • the additional wehnelt 16 is open and leaves the axis D of the source free for the passage of the cathode tip 11.
  • the additional wehnelt 16 comprises a first control surface 161 which is defined by the opening of the additional wehnelt 16.
  • the first control surface 161 extends around the axis D of the source in a circular manner.
  • the additional wehnelt 16 is positioned so as to surround the upstream part 111 of the emissive area 110 of the cathode 11. This means that, relative to the axis D of the source, the axial position of the first control surface 161 is the same as the axial position of the upstream part 111.
  • the first control surface 161 and the second control surface 121 extend around the axis of the source D in a circular manner and at the same distance from the direction of propagation.
  • the openings of the main wehnelt 12 and the additional wehnelt 16 are circular in shape and have identical diameters.
  • the source comprises an electrical supply 19 adapted to put the additional wehnelt 16 under electrical voltage.
  • Line 18 is one of the electrical equipotential lines shown in FIG. 3.
  • the presence of the additional wehnelt 16 modifies the shape of the equipotential lines essentially in the zone 17 located upstream of the main wehnelt 12.
  • the additional wehnelt 16 becomes repellant for the electrons.
  • zone 17 the global electric field tightens the field lines around the D axis.
  • the additional wehnelt 16 surrounds the upstream part 111 of the emissive zone 110 of the cathode 11
  • the field lines at the outer periphery of the upstream part 111 are brought closer or even pressed against the cathode.
  • electrons are emitted in the upstream part 111 of the emissive zone 110 of the cathode 11. These electrons are associated with a greater divergence of the electron beam than the electrons emitted in the downstream part 112.
  • the electrons emitted in the upstream part 111 correspond in fact to positions further from the axis of propagation or to angles of greater displacement with the axis of propagation.
  • the action of the additional electron repellant 16 wehnelt and placed opposite the upstream part 111 makes it possible to reduce the divergence of the electron beam and the emission of the electron beam by the cathode. This action is weighted by the voltage applied to the additional wehnelt.
  • the additional wehnelt 16 provides a degree of freedom controlling the brightness of the source.
  • FIG. 3 shows a situation where the electrons do not cross between the cathode 11 and the anode 13.
  • edges of the opening of the additional wehnelt 16 can be folded towards the main wehnelt 12.
  • the technical effect of such edges folded towards the main wehnelt 12 is to increase the effect of the additional wehnelt 16 on the one hand by reducing the extraction of electrons in areas upstream of the cathode and on the other hand guiding the electrons emitted in areas upstream of the cathode along the cathode towards the anode.
  • the cathode 11 can be pointed, the point being directed towards the anode 13.
  • the increase in brightness due to the effect of the additional wehnelt is greater than with the other forms of cathode .
  • Any other shape of the cathode such as a planar, hemispherical or stepped shape can of course be envisaged.
  • FIG. 4 Another example of an electron beam source is shown in FIG. 4.
  • a cathode 31 emits an electron beam 34 which passes through a main wehnelt 32 and the anode 33.
  • An additional wehnelt 36 is located upstream of the main wehnelt 32 relative to the direction of propagation of the beam. electrons 34.
  • the cathode 31 has a shape stepped in two stages. The first stage 311 is located behind the second stage 312 with respect to the direction of propagation of the electron beam. The second stage 312 is narrower than the first stage 311.
  • the additional wehnelt 36 becomes repellant for the electrons. This blocks the first stage 311 so that no electron is extracted from the first stage 311 to the electron beam.
  • FIG. 5 represents the evolution of the diameter of the electron beam produced by an example of an electron beam source like that illustrated in FIG. 3 as a function of its intensity.
  • the diameter of the electron beam is measured in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the plane of powders.
  • the diameter of the electron beam is measured at a sufficient distance from the source to correspond to the powder plane if the source was placed in an additive manufacturing apparatus.
  • the potential difference between the cathode 11 and the anode 13 is fixed. Typically this potential difference can be - 60,000 volts.
  • the voltages which supply the main wehnelt and the additional wehnelt are adjusted so that the evolution of the diameter of the electron beam as a function of its intensity is as monotonous and as small as possible. It is possible to calibrate the source to determine, before using the source for additive manufacturing, how to adjust the voltages that supply the main wehnelt 12 and the additional wehnelt 16.
  • a target diameter De of the electron beam is sought.
  • the diameter of the electron beam can be determined using a method known from the prior art. For example, it is possible to use a slit device and a tomographic reconstruction. A particular example of tomographic reconstruction is the SYRTE method.
  • a first calibration step E1 the source is switched on to produce an electron beam.
  • the power supply assembly 15 adapted to energize the cathode 11, the main wehnelt 12 and the anode 13 is started.
  • the power supply 19 adapted to put the additional wehnelt 16 under electrical voltage is also turned on.
  • a second calibration step E2 the electrical supply of the additional wehnelt 16 is set at zero voltage, and the main wehnelt 12 is supplied with a voltage so as to obtain a beam intensity equal to the target intensity le.
  • a third calibration step E3 the diameter of the electron beam is determined and compared to the target diameter De.
  • a first substep E41 the voltage which supplies the additional wehnelt is increased by a few volts and the voltage which supplies the main wehnelt 12 is reduced by the same value.
  • a second substep E42 the diameter of the electron beam is determined and compared to the target diameter De.
  • the loop of substeps is repeated as long as the diameter of the electron beam is different from the target diameter De.
  • the values of the voltages which supply the additional wehnelt 16 and the main wehnelt 12 are recorded in correspondence. with the couple of values of the target intensity le and the target diameter De. This gives an electrical configuration of the source.
  • the source can be adjusted using linear interpolation between two or more stored electrical configurations. Linear interpolations can be programmed before using the source.
  • the source can be adjusted by using a linear interpolation between two stored electrical configurations. Linear interpolations can be programmed before using the source.
  • the diameter is constant when the intensity is less than 50 mA.
  • the diameter increases with a slope less than or equal to 10 pm/10mA between 0 and 90 mA.
  • the diameter of the beam reaches 50 ⁇ m, well below 150 ⁇ m.
  • the electron beam source as described above makes it possible to work with a dependence on the size of the electron beam as a function of its intensity which is lower than in the prior art.
  • the voltages of the different parts of the source can be adjusted so that the diameter of the electron beam produced varies little and always in the same direction relative to its intensity.
  • Such an electron beam source also makes it possible to produce electron beams of the same intensity but of different diameters.
  • positive parameters a and b can be defined such that if the expression “aWl + bW2” remains constant then, whatever the choice of the voltages W1 and W2, the intensity of the beam remains constant.
  • FIG. 6 represents the changes 61, 62 in the diameter of the electron beam as a function of its intensity.
  • the beam is either produced by an example of an electron beam source according to the prior art, corresponding to curve 61, or by an example of a proposed electron beam source, corresponding to curve 62.
  • Curve 61 presents a peak in diameter for a transition current corresponding to the current of the electron beam which separates the modes with and without "cross over”. More generally, curve 61 presents significant variations and not always in the same direction of variation for the current range from 0 to 100 mA.
  • Curve 62 was obtained by adjusting the value of the torque of voltages W1, W2 for different beam intensities so that the diameter of the beam in a transverse plane remains equal to 70 ⁇ m. There is no peak in curve 62 and no appreciable variation for the current range from 0 to 100 mA. Compensation for cathode wear
  • Another advantage of the electron beam source as described above is the compensation for the degradation of the diameter of the electron beam as a function of the wear of the cathode.
  • the source produces a beam whose diameter increases.
  • the use of the source can be continued and the service life of the cathode can be increased.
  • the first line of the table corresponds to the new condition of the cathode.
  • the tension set W1 W2 applied to the wehnelts corresponds to a beam diameter of 100 ⁇ m.
  • the second line of the table corresponds to a worn state of the cathode.
  • the same set of voltages W1 W2 as on the first line this time corresponds to a larger diameter of the beam of 200 ⁇ m.
  • the third line of the table corresponds to the same worn condition of the cathode as the second line.
  • the set of voltages W1 W2 is modified and makes it possible to reduce the diameter of the beam to 100 ⁇ m.
  • the modification of the set of voltages made it possible to compensate for the variation in the diameter of the beam due to wear of the cathode.
  • the device 21 for selective additive manufacturing of FIG. 7 comprises:
  • a support such as a horizontal plate 23 on which are successively deposited the different layers of additive manufacturing powder (metal powder, ceramic powder, etc.) making it possible to manufacture a three-dimensional object (object 22 in the shape of a fir tree in the figure ),
  • additive manufacturing powder metal powder, ceramic powder, etc.
  • this arrangement 24 comprising, for example, a squeegee 25 and / or a layering roller for spreading the different successive layers of powder (displacement according to the double arrow A),
  • an assembly 28 comprising at least one source 211 of electron beam for the fusion (total or partial) of the spread thin layers, the electron beam generated by the source 211 comes into contact with the thin layers spread in the plane of powders.
  • control unit 29 which controls the various components of the device 21 as a function of pre-stored information (memory M), - A mechanism 210 to allow the support of the plate 23 to descend as the layers are deposited (displacement according to the double arrow B).
  • the assembly 28 also includes a laser-type source 212.
  • At least one galvanometric mirror 214 makes it possible to orient and move the laser beam coming from the source 212 relative to the object 22 as a function of the information sent by the unit of control 29. Any other deviation system can of course be envisaged.
  • Deflection and focusing coils 215 and 216 make it possible to locally deflect and focus the electron beam on the areas of layers to be sintered or fused.
  • a heat shield T can be interposed between on the one hand the plate 23 and the part produced thereon and on the other hand the electron source 211.
  • the components of the device 21 are arranged inside a sealed enclosure 217 connected to at least one vacuum pump 218 which maintains a secondary vacuum inside said enclosure 217 (typically around 10-2 / 10- 3 mbar, even 10-4 / 10-6 mbar).

Abstract

The invention relates to a source of electron beams which is suitable for selective additive manufacturing, comprising a cathode, the cathode comprising an emission region suitable for emitting electrons, a main Wehnelt electrode, an anode and a set of power supply units suitable for applying an electric voltage to these three parts, the main Wehnelt electrode being positioned between the cathode and the anode, said source comprising an additional Wehnelt electrode and a power supply unit suitable for applying an electric voltage to said additional Wehnelt electrode, said additional Wehnelt electrode being disposed upstream of the main Wehnelt electrode in the direction of propagation of the electron beam in such a way that a first control surface of the additional Wehnelt electrode surrounds an upstream portion of the emission region in the direction of propagation of the electron beam, and a second control surface of the main Wehnelt electrode surrounds a downstream portion of the emission region in the direction of propagation of the electron beam.

Description

SOURCE D'ELECTRONS A DOUBLE WEHNELT POUR APPAREIL DE FABRICATION ADDITIVE SELECTIVE  DUAL WEHNELT ELECTRON SOURCE FOR SELECTIVE ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS
DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR GENERAL TECHNICAL AREA AND PRIOR ART
La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective. The present invention relates to the general field of selective additive manufacturing.
La fabrication additive sélective consiste à réaliser des objets tridimensionnels par consolidation de zones sélectionnées sur des strates successives de matériau pulvérulent (poudre métallique, poudre de céramique, etc...). Les zones consolidées correspondent à des sections successives de l’objet tridimensionnel. La consolidation se fait par exemple couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de puissance.  Selective additive manufacturing consists of making three-dimensional objects by consolidating selected areas on successive layers of powdery material (metallic powder, ceramic powder, etc.). The consolidated areas correspond to successive sections of the three-dimensional object. Consolidation is done for example layer by layer, by a total or partial selective fusion carried out with a power source.
Classiquement, on utilise comme source pour réaliser la fusion des couches de poudre des sources laser de forte puissance ou des sources de faisceau d'électrons.  Conventionally, high power laser sources or electron beam sources are used as the source for melting the powder layers.
Les sources de faisceau d'électrons ont l'avantage de permettre des vitesses de fabrication élevées.  Electron beam sources have the advantage of allowing high manufacturing speeds.
Il est connu d'utiliser une source de faisceau d'électrons composée d'une cathode, d'un wehnelt et d'une anode.  It is known to use an electron beam source composed of a cathode, a wehnelt and an anode.
Les électrons sont extraits de la cathode et canalisés vers l'anode en utilisant notamment une différence de potentiel électrique positive entre la cathode et l'anode. Le faisceau d'électrons produit passe au travers du wehnelt. La différence de potentiel appliquée entre la cathode et le wehnelt est négative, de sorte que les électrons sont repoussés par le wehnelt. Cela permet notamment de contrôler le courant du faisceau d'électrons extraits, ainsi que la brillance du faisceau d'électrons c'est-à-dire la répartition des électrons dans un plan transverse à la direction de propagation du faisceau.  The electrons are extracted from the cathode and channeled towards the anode using in particular a positive electrical potential difference between the cathode and the anode. The electron beam produced passes through the wehnelt. The potential difference applied between the cathode and the wehnelt is negative, so that the electrons are repelled by the wehnelt. This makes it possible in particular to control the current of the extracted electron beam, as well as the brightness of the electron beam, that is to say the distribution of the electrons in a plane transverse to the direction of propagation of the beam.
Il existe des géométries à base de cathode plane ou hémisphérique, généralement utilisées pour les applications de soudage.  There are geometries based on flat or hemispherical cathode, generally used for welding applications.
Le diamètre du faisceau d'électrons dans un plan transverse à sa direction de propagation et en particulier dans le plan de poudres c'est-à- dire dans le plan transverse dans lequel le faisceau d'électrons rentre en contact avec une poudre métallique et la fait fondre, est élevé et augmente fortement avec la quantité d'électrons extraits. The diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the plane of powders, that is to say say in the transverse plane in which the electron beam comes into contact with a metallic powder and melts it, is high and increases strongly with the quantity of electrons extracted.
Par exemple, ce diamètre peut se situer entre 150 pm et 250 pm pour un courant de 20 mA, et augmenter lorsque l'intensité du courant augmente avec une pente approximativement de 30 pm / 10 mA.  For example, this diameter can be between 150 μm and 250 μm for a current of 20 mA, and increase when the intensity of the current increases with a slope of approximately 30 μm / 10 mA.
Ce type de géométrie ne peut pas produire à la fois des faisceaux d'électrons d'une intensité aussi élevée que 100 mA tout en assurant un diamètre du faisceau d'électrons inférieur à 150 pm pour des intensités de courant plus faibles.  This type of geometry cannot simultaneously produce electron beams of an intensity as high as 100 mA while ensuring an electron beam diameter of less than 150 µm for lower current intensities.
Il existe également des géométries à base de cathode en pointe, généralement utilisées pour les applications de microscopie électronique. Dans ce cas-là, le diamètre du faisceau d'électrons à faible courant peut être inférieur à 150 pm mais ces cathodes ne sont pas capables de fournir des courants supérieurs ou égaux à 100mA.  There are also geometries based on pointed cathode, generally used for electron microscopy applications. In this case, the diameter of the electron beam at low current can be less than 150 pm but these cathodes are not able to supply currents greater than or equal to 100mA.
Pour résoudre la problématique d'obtenir un diamètre du faisceau d'électrons inférieur ou égal à 100pm à faible courant tout en étant capable de fournir au moins un courant de 100mA, une géométrie de cathode telle que représentée en Figure 1 peut être envisagée. Ce type de cathode peut fonctionner suivant deux modes d'extraction des électrons.  To solve the problem of obtaining a diameter of the electron beam less than or equal to 100 μm at low current while being able to supply at least one current of 100 mA, a cathode geometry as represented in FIG. 1 can be envisaged. This type of cathode can operate according to two modes of extraction of electrons.
Le premier mode de fonctionnement dit en « cross over » est représenté sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, la cathode 1 émet un faisceau d'électrons 4 qui passe au travers du wehnelt 2 et de l'anode 3. Toutes les pièces de la figure 1 présentent une symétrie axiale autour de l'axe D représenté en pointillés. Le wehnelt 2 et l'anode 3 sont ouverts et laissent l'axe D libre pour le passage de la pointe de la cathode 1 ou du faisceau d'électrons 4.  The first mode of operation known as “cross over” is represented in FIG. 1. In this embodiment, the cathode 1 emits an electron beam 4 which passes through the wehnelt 2 and the anode 3. All of the parts of Figure 1 have an axial symmetry around the axis D shown in dotted lines. The wehnelt 2 and the anode 3 are open and leave the axis D free for the tip of the cathode 1 or the electron beam 4 to pass.
Le mode « cross over » correspond à la situation où les électrons se croisent entre la cathode et l'anode, dans la zone 5 de la figure 1.  The “cross over” mode corresponds to the situation where the electrons cross between the cathode and the anode, in zone 5 of FIG. 1.
La ligne 8 est une des lignes équipotentielles électriques représentées sur la figure 1. Tous les points d'une ligne équipotentielle électrique se trouvent au même potentiel électrique. La force que le champ électrique exerce sur une charge électrique est perpendiculaire à la ligne équipotentielle qui passe par la position de ladite charge. Line 8 is one of the electric equipotential lines shown in FIG. 1. All the points of an electric equipotential line are at the same electric potential. The strength of the electric field exerted on an electric charge is perpendicular to the equipotential line which passes through the position of said charge.
L'autre mode de fonctionnement est dit sans « cross over ». Dans ce mode, les trajectoires des électrons ne se croisent pas.  The other operating mode is said to be without "cross over". In this mode, the trajectories of the electrons do not cross.
Ce type de géométrie montre cependant une instabilité du diamètre du faisceau lors du passage de modes avec et sans « cross over ». Cette instabilité est illustrée sur la figure 2. Le courant de transition correspond au courant du faisceau d'électrons qui sépare les deux modes. Pour les courants plus faibles la source fonctionne avec « cross over ». Le diamètre du faisceau présente un pic pour ce courant de transition. Lorsque l'intensité du faisceau est balayée de manière croissante autour du courant de transition, le diamètre du faisceau augmente brusquement de 40 pm à 50 pm puis diminue brusquement de 50 pm à 10 pm.  This type of geometry, however, shows instability of the beam diameter when switching from modes with and without "cross over". This instability is illustrated in FIG. 2. The transition current corresponds to the current of the electron beam which separates the two modes. For weaker currents the source works with "cross over". The diameter of the beam has a peak for this transition current. When the intensity of the beam is swept increasing around the transition current, the diameter of the beam increases suddenly from 40 pm to 50 pm then decreases suddenly from 50 pm to 10 pm.
Par ailleurs quelle que soit la géométrie choisie, les caractéristiques du faisceau produit sont détériorées au cours du temps d'utilisation sans qu'il soit possible de les corriger. Cela provient de la détérioration de la cathode qui doit alors être changée. La durée de vie d'une cathode se situe entre 600 et 800 heures.  Furthermore, whatever the geometry chosen, the characteristics of the beam produced are deteriorated during the time of use without it being possible to correct them. This is due to the deterioration of the cathode which must then be changed. The lifespan of a cathode is between 600 and 800 hours.
Idéalement, la fabrication additive nécessiterait une source de faisceau d'électrons dont :  Ideally, additive manufacturing would require an electron beam source including:
- Le plus petit diamètre du faisceau d'électrons que l'on peut produire dans le plan de poudres, c'est-à-dire dans le plan de fabrication est de 100pm pour une plage de courant d'intensité du faisceau compris entre 1mA à 50mA ; un diamètre aussi faible permet de fabriquer avec une précision plus importante. - The smallest diameter of the electron beam that can be produced in the powder plane, that is to say in the manufacturing plane, is 100 μm for a beam intensity current range of between 1 mA at 50mA; such a small diameter makes it possible to manufacture with greater precision.
- le courant d'intensité du faisceau peut atteindre 100 mA pour effectuer les opérations de préchauffage et de frittage ;- the beam intensity current can reach 100 mA to carry out the preheating and sintering operations;
- le diamètre du faisceau d'électrons dans un plan transverse à sa direction de propagation et en particulier dans le plan de poudres varie peu et toujours dans le même sens en fonction de l'intensité du faisceau. - le diamètre du faisceau d'électrons dans le plan de poudres reste stable ou constant le plus longtemps possible malgré l'usure de la cathode. - The diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the powder plane varies little and always in the same direction depending on the intensity of the beam. - The diameter of the electron beam in the powder plane remains stable or constant as long as possible despite the wear of the cathode.
Comme indiqué ci-dessus, les sources d'électrons connues dans l'état de la technique ne permettent pas de répondre en totalité à ces exigences.  As indicated above, the electron sources known in the state of the art do not make it possible to fully meet these requirements.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION OVERVIEW OF THE INVENTION
Un but général de l'invention est de pallier les limitations de l'art antérieur. A general object of the invention is to overcome the limitations of the prior art.
Notamment on cherche à proposer une source de faisceau d'électrons qui présente un diamètre du faisceau d'électrons dans un plan transverse à sa direction de propagation d'une taille de lOOpm sur une plage de courant d'intensité du faisceau compris entre 1 mA à 50 mA.  In particular, it is sought to propose an electron beam source which has a diameter of the electron beam in a plane transverse to its direction of propagation with a size of lOOpm over a range of beam intensity current between 1 mA at 50 mA.
On cherche également à proposer une source de faisceau d'électrons dont le courant d'intensité du faisceau peut atteindre au moins 100 mA pour effectuer les opérations de préchauffage et de frittage.  It is also sought to propose an electron beam source whose beam intensity current can reach at least 100 mA for carrying out the preheating and sintering operations.
Un autre but également de l'invention est de proposer une source de faisceau d'électron dont la taille du point d'impact varie très peu en fonction de l'intensité du faisceau.  Another object also of the invention is to propose an electron beam source whose size of the point of impact varies very little as a function of the intensity of the beam.
Un autre but est d'obtenir une source de faisceau d'électrons dont la taille du point d'impact reste stable ou constante le plus longtemps possible malgré l'usure de la cathode.  Another object is to obtain an electron beam source whose size of the point of impact remains stable or constant as long as possible despite the wear of the cathode.
A cet effet notamment, l'invention propose une source de faisceau d'électrons adaptée pour la fabrication additive sélective comprenant une cathode, la cathode comprenant une zone émissive adaptée pour émettre des électrons, un wehnelt principal, une anode et un ensemble d'alimentations électriques adapté pour mettre ces trois pièces sous tension électrique, le wehnelt principal étant placé entre la cathode et l'anode, ladite source comprenant un wehnelt supplémentaire et une alimentation électrique adaptée pour mettre ledit wehnelt supplémentaire sous tension électrique, ledit wehnelt supplémentaire étant placé en amont du wehnelt principal par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons de sorte qu'une première surface de contrôle du wehnelt supplémentaire entoure une partie amont de la zone émissive par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons et qu'une deuxième surface de contrôle du wehnelt principal entoure une partie aval de la zone émissive par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons. To this end in particular, the invention provides an electron beam source suitable for selective additive manufacturing comprising a cathode, the cathode comprising an emissive zone suitable for emitting electrons, a main wehnelt, an anode and a set of power supplies. electric adapted to put these three parts under electric tension, the main wehnelt being placed between the cathode and the anode, said source comprising an additional wehnelt and a power supply adapted to put said additional wehnelt under electric tension, said additional wehnelt being placed in upstream of the wehnelt main with respect to the direction of propagation of the electron beam so that a first additional wehnelt control surface surrounds an upstream part of the emissive zone with respect to the direction of propagation of the electron beam and that a second surface of main wehnelt control surrounds a downstream part of the emissive zone in relation to the direction of propagation of the electron beam.
Une telle source est avantageusement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : Such a source is advantageously supplemented by the following different characteristics taken alone or in combination:
- l'ensemble d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique la cathode, le wehnelt principal et l'anode et l'alimentation électrique adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire sous tension électrique, sont configurées pour que la source délivre des faisceaux d'intensité comprise entre 1 mA et 50 mA, préférentiellement entre 5 mA et 50 mA, encore plus préférentiellement entre 10 mA et 50 mA, et dont les diamètres dans un plan transverse à la direction de propagation du faisceau d'électrons, adapté pour être un plan où de la poudre de fabrication additive est consolidée, sont sensiblement constants d'une intensité à l'autre ;  - the set of electrical power supplies adapted to energize the cathode, the main wehnelt and the anode and the electrical power supply adapted to energize the additional wehnelt, are configured so that the source delivers beams of intensity between 1 mA and 50 mA, preferably between 5 mA and 50 mA, even more preferably between 10 mA and 50 mA, and whose diameters in a plane transverse to the direction of propagation of the electron beam, adapted to be a plane where additive manufacturing powder is consolidated, are substantially constant from one intensity to another;
- la distance séparant le wehnelt principal et le wehnelt supplémentaire selon la direction de propagation du faisceau d'électrons, - the distance separating the main wehnelt and the additional wehnelt according to the direction of propagation of the electron beam,
l'épaisseur desdits wehnelts selon ladite direction de propagation, la position desdits wehnelts selon ladite direction de propagation par rapport à la cathode et  the thickness of said wehnelts in said direction of propagation, the position of said wehnelts in said direction of propagation relative to the cathode and
la surface et la forme desdits wehnelts en regard de la cathode sont adaptées pour que la source, alimentée sous certaines tensions électriques, délivre des faisceaux d'intensité de 100 mA ;  the surface and the shape of said wehnelts facing the cathode are adapted so that the source, supplied under certain electrical voltages, delivers beams of intensity of 100 mA;
- la source s'étend selon un axe de la source, l'axe de la source étant un axe de symétrie de la cathode, du wehnelt principal, de l'anode et du wehnelt supplémentaire, le wehnelt principal, le wehnelt supplémentaire et l'anode laissant libre ledit axe de la source, la première surface de contrôle et la deuxième surface de contrôle s'étendent autour de l'axe de la source de manière circulaire et à une même distance de la direction de propagation ; the source extends along an axis of the source, the axis of the source being an axis of symmetry of the cathode, of the main wehnelt, of the anode and additional wehnelt, the main wehnelt, the additional wehnelt and the anode leaving said source axis free, the first control surface and the second control surface extend around the source axis in a circular fashion and at the same distance from the direction of propagation;
- la distance séparant le wehnelt principal et le wehnelt supplémentaire selon la direction de propagation du faisceau d'électrons, - the distance separating the main wehnelt and the additional wehnelt according to the direction of propagation of the electron beam,
l'épaisseur desdits wehnelts selon ladite direction de propagation, la position desdits wehnelts selon ladite direction de propagation par rapport à la cathode et  the thickness of said wehnelts in said direction of propagation, the position of said wehnelts in said direction of propagation relative to the cathode and
la surface et la forme desdits wehnelts en regard de la cathode sont adaptées pour qu'en cas de détérioration de la cathode, les effets de ladite détérioration sur le diamètre, l'intensité et la brillance du faisceau d'électrons sont corrigés par une modification de l'alimentation électrique de ladite source ;  the surface and the shape of said wehnelts facing the cathode are adapted so that in case of deterioration of the cathode, the effects of said deterioration on the diameter, intensity and brightness of the electron beam are corrected by a modification the power supply of said source;
- la cathode est une cathode en pointe et en ce que la pointe de la cathode est dirigée vers l'anode. - The cathode is a pointed cathode and in that the tip of the cathode is directed towards the anode.
- les bords d'une ouverture du wehnelt supplémentaire définissant la première surface de contrôle sont repliés vers le wehnelt principal. - the edges of an opening of the additional wehnelt defining the first control surface are folded towards the main wehnelt.
- l'ensemble d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique la cathode, le wehnelt principal et l'anode et l'alimentation électrique adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire sous tension électrique sont configurées pour que la différence de potentiel par rapport à la cathode : - the set of power supplies adapted to energize the cathode, the main wehnelt and the anode and the power supply adapted to energize the additional wehnelt are configured so that the potential difference with respect to the cathode:
o du wehnelt principal est comprise entre 0 et -3800 volts o du wehnelt supplémentaire est comprise entre 0 et -3800 volts o de l'anode est comprise entre 0 et -60 000 volts o of the main wehnelt is between 0 and -3800 volts o of the additional wehnelt is between 0 and -3800 volts o the anode is between 0 and -60,000 volts
L'invention porte également sur un appareil de fabrication additive sélective d'objet tridimensionnel comportant dans une enceinte : The invention also relates to an apparatus for selective additive manufacturing of three-dimensional object comprising in an enclosure:
- un support pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive,  - a support for depositing successive layers of additive manufacturing powder,
- un arrangement de distribution adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit support ou sur une couche précédemment consolidée,  a distribution arrangement suitable for applying a layer of powder on said support or on a previously consolidated layer,
- au moins une source de faisceau d'électrons adaptée pour assurer la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution,  - at least one electron beam source adapted to ensure the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement,
- une électronique pour la commande de ladite source, ladite source étant une source de faisceau d'électrons telle qu'on l'a décrite plus haut dans cette section.  - electronics for controlling said source, said source being an electron beam source as described above in this section.
L'invention porte également sur un procédé de fabrication additive sélective d'objet tridimensionnel comprenant les étapes d'application d'une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée, de consolidation sélective de la couche de poudre appliquée, le procédé étant mis en œuvre par un appareil tel qu'on l'a décrit plus haut dans cette section. The invention also relates to a method of selective additive manufacturing of a three-dimensional object comprising the steps of applying a layer of powder of additive manufacturing on a support or onto a previously consolidated layer, of selective consolidation of the layer of powder applied. , the method being implemented by an apparatus as described above in this section.
PRÉSENTATION DES FIGURES PRESENTATION OF THE FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and should be read with reference to the appended figures in which:
- la figure 1, déjà discutée, est une représentation schématique d'une source de faisceau d'électrons selon l'art antérieur ; - la figure 2, déjà discutée, représente l'évolution du diamètre du faisceau d'électrons produit par une source selon l'art antérieur en fonction de son intensité ; - Figure 1, already discussed, is a schematic representation of an electron beam source according to the prior art; - Figure 2, already discussed, shows the evolution of the diameter of the electron beam produced by a source according to the prior art as a function of its intensity;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de source de faisceau d'électrons selon un aspect de l'invention ;  - Figure 3 is a schematic representation of an example of an electron beam source according to one aspect of the invention;
- la figure 4 est une représentation schématique d'un autre exemple de source de faisceau d'électrons selon un aspect de l'invention ;  - Figure 4 is a schematic representation of another example of an electron beam source according to one aspect of the invention;
- la figure 5 représente l'évolution du diamètre du faisceau d'électrons produit par un exemple de source de faisceau d'électrons selon un aspect de l'invention en fonction de son intensité ;  - Figure 5 shows the evolution of the diameter of the electron beam produced by an example of an electron beam source according to one aspect of the invention as a function of its intensity;
- la figure 6 représente les évolutions du diamètre du faisceau d'électrons en fonction de son intensité, le faisceau étant produit d'une part par un exemple de source de faisceau d'électrons selon l'art antérieur et d'autre part par un autre exemple de source de faisceau d'électrons selon un aspect de l'invention ;  FIG. 6 represents the changes in the diameter of the electron beam as a function of its intensity, the beam being produced on the one hand by an example of an electron beam source according to the prior art and on the other hand by a another example of an electron beam source according to one aspect of the invention;
- la figure 7 est une représentation schématique d'un appareil de fabrication additive comportant une source de faisceau d'électrons conforme à un mode de réalisation possible de l'invention.  - Figure 7 is a schematic representation of an additive manufacturing apparatus comprising an electron beam source according to a possible embodiment of the invention.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATION DESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF IMPLEMENTATION AND IMPLEMENTATION
Source de faisceau d'électrons Electron beam source
On a représenté sur la figure 3 un exemple de source de faisceau d'électrons. Comme dans la figure 1, une cathode 11 émet un faisceau d'électrons 14 qui passe au travers d'un wehnelt principal 12 et de l'anode 13. La cathode 11, le wehnelt principal 12 et l'anode 13 présentent une symétrie axiale autour de l'axe D de la source représenté en pointillés. Le wehnelt principal 12 et l'anode 13 sont ouverts et laissent l'axe D libre pour le passage de la pointe de la cathode 11 ou du faisceau d'électrons 14. Le wehnelt principal 12 comprend une deuxième surface de contrôle 121 qui est définie par une ouverture du wehnelt principal 12. L'ouverture du wehnelt principal laisse libre le passage de la pointe de la cathode 11. La deuxième surface de contrôle 121 s'étend autour de l'axe D de la source de manière circulaire. FIG. 3 shows an example of an electron beam source. As in FIG. 1, a cathode 11 emits an electron beam 14 which passes through a main wehnelt 12 and the anode 13. The cathode 11, the main wehnelt 12 and the anode 13 have an axial symmetry around the axis D of the source shown in dotted lines. The main wehnelt 12 and the anode 13 are open and leave the axis D free for the passage of the tip of the cathode 11 or of the electron beam 14. The main wehnelt 12 comprises a second control surface 121 which is defined by an opening of the main wehnelt 12. The opening of the main wehnelt allows free passage of the tip of the cathode 11. The second control surface 121 extends around the axis D of the source in a circular manner.
Le faisceau d'électrons 14 présente une symétrie axiale autour de l'axe de propagation confondu avec l'axe D de la source.  The electron beam 14 has an axial symmetry around the axis of propagation coincident with the axis D of the source.
La cathode 11 comprend une zone émissive 110, les électrons du faisceau d'électrons sont émis depuis la zone émissive 110 vers l'extérieur de la cathode. La zone émissive 110 peut être divisée en une partie amont 111, une partie aval 112 et une partie centrale 113.  The cathode 11 comprises an emissive zone 110, the electrons of the electron beam are emitted from the emissive zone 110 towards the outside of the cathode. The emitting area 110 can be divided into an upstream part 111, a downstream part 112 and a central part 113.
Les termes amont et aval sont utilisés en référence au sens de propagation des électrons au sein du faisceau d'électrons 14, selon l'axe D de la source depuis la cathode 11 vers l'anode 14.  The terms upstream and downstream are used with reference to the direction of propagation of the electrons within the electron beam 14, along the axis D of the source from the cathode 11 towards the anode 14.
La partie amont 111 de la cathode 11 se trouve plus éloignée de l'anode 14 que la partie centrale 113 de la cathode 11, elle-même plus éloignée de l'anode 14 par rapport à la partie aval 112 de la cathode 11.  The upstream part 111 of the cathode 11 is located farther from the anode 14 than the central part 113 of the cathode 11, itself further away from the anode 14 relative to the downstream part 112 of the cathode 11.
Le wehnelt principal 12 est positionné de telle sorte à entourer la partie aval 112 de la zone émissive 110 de la cathode 11. Cela signifie que, par rapport à l'axe D de la source, la position axiale de la deuxième surface de contrôle 121 est la même que la position axiale de la partie aval 112.  The main wehnelt 12 is positioned so as to surround the downstream part 112 of the emissive zone 110 of the cathode 11. This means that, relative to the axis D of the source, the axial position of the second control surface 121 is the same as the axial position of the downstream part 112.
La source comprend un ensemble 15 d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique le wehnelt principal 12, la cathode 11 et l'anode 13.  The source comprises a set 15 of power supplies adapted to energize the main wehnelt 12, the cathode 11 and the anode 13.
Un wehnelt supplémentaire 16 se situe en amont du wehnelt principal 12 par rapport à la direction de propagation du faisceau d'électrons 14.  An additional wehnelt 16 is located upstream of the main wehnelt 12 relative to the direction of propagation of the electron beam 14.
Le wehnelt supplémentaire 16 présente une symétrie axiale autour de l'axe D de la source. Le wehnelt supplémentaire 16 est ouvert et laisse l'axe D de la source libre pour le passage de la pointe de la cathode 11. Le wehnelt supplémentaire 16 comprend une première surface de contrôle 161 qui est définie par l'ouverture du wehnelt supplémentaire 16. La première surface de contrôle 161 s'étend autour de l'axe D de la source de manière circulaire.  The additional wehnelt 16 has an axial symmetry about the axis D of the source. The additional wehnelt 16 is open and leaves the axis D of the source free for the passage of the cathode tip 11. The additional wehnelt 16 comprises a first control surface 161 which is defined by the opening of the additional wehnelt 16. The first control surface 161 extends around the axis D of the source in a circular manner.
Le wehnelt supplémentaire 16 est positionné de telle sorte à entourer la partie amont 111 de la zone émissive 110 de la cathode 11. Cela signifie que, par rapport à l'axe D de la source, la position axiale de la première surface de contrôle 161 est la même que la position axiale de la partie amont 111. The additional wehnelt 16 is positioned so as to surround the upstream part 111 of the emissive area 110 of the cathode 11. This means that, relative to the axis D of the source, the axial position of the first control surface 161 is the same as the axial position of the upstream part 111.
La première surface de contrôle 161 et la deuxième surface de contrôle 121 s'étendent autour de l'axe de la source D de manière circulaire et à une même distance de la direction de propagation. Autrement dit, les ouvertures du wehnelt principal 12 et du wehnelt supplémentaire 16 sont de forme circulaire et présentent des diamètres identiques.  The first control surface 161 and the second control surface 121 extend around the axis of the source D in a circular manner and at the same distance from the direction of propagation. In other words, the openings of the main wehnelt 12 and the additional wehnelt 16 are circular in shape and have identical diameters.
La source comprend une alimentation électrique 19 adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire 16 sous tension électrique. La ligne 18 est une des lignes équipotentielles électriques représentées sur la figure 3.  The source comprises an electrical supply 19 adapted to put the additional wehnelt 16 under electrical voltage. Line 18 is one of the electrical equipotential lines shown in FIG. 3.
La présence du wehnelt supplémentaire 16 modifie la forme des lignes équipotentielles essentiellement dans la zone 17 située en amont du wehnelt principal 12.  The presence of the additional wehnelt 16 modifies the shape of the equipotential lines essentially in the zone 17 located upstream of the main wehnelt 12.
En appliquant une différence de potentiel négative ou nulle entre la cathode 11 et le wehnelt supplémentaire 16, le wehnelt supplémentaire 16 devient répulsif pour les électrons. Dans la zone 17, le champ électrique global resserre les lignes de champ autour de l'axe D.  By applying a negative or zero potential difference between the cathode 11 and the additional wehnelt 16, the additional wehnelt 16 becomes repellant for the electrons. In zone 17, the global electric field tightens the field lines around the D axis.
Comme le wehnelt supplémentaire 16 entoure la partie amont 111 de la zone émissive 110 de la cathode 11, les lignes de champ à la périphérie extérieure de la partie amont 111 sont rapprochées voire plaquées contre la cathode.  As the additional wehnelt 16 surrounds the upstream part 111 of the emissive zone 110 of the cathode 11, the field lines at the outer periphery of the upstream part 111 are brought closer or even pressed against the cathode.
Cela permet de :  This allows to :
bloquer certaines zones de la cathode de sorte que moins d'électron ne soit extrait de ces zones vers le faisceau d'électrons,  block certain areas of the cathode so that less electron is extracted from these areas towards the electron beam,
- guider des électrons émis dans certaines zones de la cathode le long de la cathode vers l'anode, et  - guide electrons emitted in certain areas of the cathode along the cathode towards the anode, and
réduire le diamètre du faisceau d'électrons au niveau du wehnelt principal, et donc d'augmenter la brillance du faisceau d'électrons.  reduce the diameter of the electron beam at the level of the main wehnelt, and therefore increase the brightness of the electron beam.
En absence du wehnelt supplémentaire 16, des électrons sont émis dans la partie amont 111 de la zone émissive 110 de la cathode 11. Ces électrons sont associés à une plus forte divergence du faisceau d'électrons que les électrons émis dans la partie aval 112. Les électrons émis dans la partie amont 111 correspondent en effet à des positions plus loin de l'axe de propagation ou à des angles de déplacement plus importants avec l'axe de propagation. In the absence of the additional wehnelt 16, electrons are emitted in the upstream part 111 of the emissive zone 110 of the cathode 11. These electrons are associated with a greater divergence of the electron beam than the electrons emitted in the downstream part 112. The electrons emitted in the upstream part 111 correspond in fact to positions further from the axis of propagation or to angles of greater displacement with the axis of propagation.
En présence du wehnelt supplémentaire 16 soit ces électrons ne sont pas émis par la cathode, soit ils sont canalisés le long de la cathode vers l'anode.  In the presence of the additional wehnelt 16 either these electrons are not emitted by the cathode, or they are channeled along the cathode towards the anode.
L'action du wehnelt supplémentaire 16 répulsif pour les électrons et placé en face de la partie amont 111 permet de réduire la divergence du faisceau d'électrons et l'émission du faisceau d'électrons par la cathode. Cette action est pondérée par la tension appliquée au wehnelt supplémentaire. Le wehnelt supplémentaire 16 permet de disposer d'un degré de liberté contrôlant la brillance de la source.  The action of the additional electron repellant 16 wehnelt and placed opposite the upstream part 111 makes it possible to reduce the divergence of the electron beam and the emission of the electron beam by the cathode. This action is weighted by the voltage applied to the additional wehnelt. The additional wehnelt 16 provides a degree of freedom controlling the brightness of the source.
Ces effets techniques sont apportés sans complexifier le système avec une ou plusieurs pièces localisées dans une chambre à vide ou avec une ou plusieurs pièces délicates voire critiques à régler, comme par exemple des bobines électromagnétiques  These technical effects are provided without making the system more complex with one or more parts located in a vacuum chamber or with one or more delicate or even critical parts to be adjusted, such as for example electromagnetic coils
On a représenté sur la figure 3 une situation où les électrons ne se croisent pas entre la cathode 11 et l'anode 13.  FIG. 3 shows a situation where the electrons do not cross between the cathode 11 and the anode 13.
Les bords de l'ouverture du wehnelt supplémentaire 16 peuvent être repliés vers le wehnelt principal 12. L'effet technique de tels bords repliés vers le wehnelt principal 12 est d'augmenter l'effet du wehnelt supplémentaire 16 d'une part de diminution de l'extraction d'électrons dans des zones amont de la cathode et d'autre part de guidage des électrons émis dans des zones amont de la cathode le long de la cathode vers l'anode.  The edges of the opening of the additional wehnelt 16 can be folded towards the main wehnelt 12. The technical effect of such edges folded towards the main wehnelt 12 is to increase the effect of the additional wehnelt 16 on the one hand by reducing the extraction of electrons in areas upstream of the cathode and on the other hand guiding the electrons emitted in areas upstream of the cathode along the cathode towards the anode.
Toute autre forme des bords de l'ouverture, toute autre géométrie du wehnelt supplémentaire peut bien entendu être envisagée.  Any other shape of the edges of the opening, any other geometry of the additional wehnelt can of course be envisaged.
La cathode 11 peut être en pointe, la pointe étant dirigée vers l'anode 13. Pour cette forme particulière de cathode, l'augmentation de la brillance due à l'effet du wehnelt supplémentaire est plus importante qu'avec les autres formes de cathode. Toute autre forme de la cathode, comme une forme plane, hémisphérique ou étagée peut bien entendu être envisagée. The cathode 11 can be pointed, the point being directed towards the anode 13. For this particular form of cathode, the increase in brightness due to the effect of the additional wehnelt is greater than with the other forms of cathode . Any other shape of the cathode, such as a planar, hemispherical or stepped shape can of course be envisaged.
On a représenté sur la figure 4 un autre exemple de source de faisceau d'électrons. Une cathode 31 émet un faisceau d'électrons 34 qui passe au travers d'un wehnelt principal 32 et de l'anode 33. Un wehnelt supplémentaire 36 se situe en amont du wehnelt principal 32 par rapport à la direction de propagation du faisceau d'électrons 34. La cathode 31 présente une forme étagée en deux étages. Le premier étage 311 est situé en arrière du deuxième étage 312 par rapport à la direction de propagation du faisceau d'électron. Le deuxième étage 312 est plus étroit que le premier étage 311.  Another example of an electron beam source is shown in FIG. 4. A cathode 31 emits an electron beam 34 which passes through a main wehnelt 32 and the anode 33. An additional wehnelt 36 is located upstream of the main wehnelt 32 relative to the direction of propagation of the beam. electrons 34. The cathode 31 has a shape stepped in two stages. The first stage 311 is located behind the second stage 312 with respect to the direction of propagation of the electron beam. The second stage 312 is narrower than the first stage 311.
En appliquant une différence de potentiel négative ou nulle entre la cathode 31 et le wehnelt supplémentaire 36, le wehnelt supplémentaire 36 devient répulsif pour les électrons. Cela permet de bloquer le premier étage 311 de sorte qu'aucun électron ne soit extrait du premier étage 311 vers le faisceau d'électrons.  By applying a negative or zero potential difference between the cathode 31 and the additional wehnelt 36, the additional wehnelt 36 becomes repellant for the electrons. This blocks the first stage 311 so that no electron is extracted from the first stage 311 to the electron beam.
Stabilisation de la taille du faisceau d'électrons Stabilization of the size of the electron beam
La figure 5 représente l'évolution du diamètre du faisceau d'électrons produit par un exemple de source de faisceau d'électrons comme celui illustré sur la figure 3 en fonction de son intensité.  FIG. 5 represents the evolution of the diameter of the electron beam produced by an example of an electron beam source like that illustrated in FIG. 3 as a function of its intensity.
Le diamètre du faisceau d'électrons est mesuré dans un plan transverse à sa direction de propagation et en particulier dans le plan de poudres. Le diamètre du faisceau d'électrons est mesuré à une distance suffisante de la source pour correspondre au plan de poudres si la source était placée au sein d'un appareil de fabrication additive.  The diameter of the electron beam is measured in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the plane of powders. The diameter of the electron beam is measured at a sufficient distance from the source to correspond to the powder plane if the source was placed in an additive manufacturing apparatus.
Dans cette configuration, la différence de potentiel entre la cathode 11 et l'anode 13 est fixée. Typiquement cette différence de potentiel peut être de - 60 000 volts.  In this configuration, the potential difference between the cathode 11 and the anode 13 is fixed. Typically this potential difference can be - 60,000 volts.
Pour chaque intensité du faisceau d'électrons, les tensions qui alimentent le wehnelt principal et le wehnelt supplémentaire sont ajustées de sorte que l'évolution du diamètre du faisceau d'électrons en fonction de son intensité soit la plus monotone et la plus faible possible. Il est possible de procéder à une calibration de la source pour déterminer, avant utilisation de la source pour la fabrication additive, comment ajuster les tensions qui alimentent le wehnelt principal 12 et le wehnelt supplémentaire 16. For each intensity of the electron beam, the voltages which supply the main wehnelt and the additional wehnelt are adjusted so that the evolution of the diameter of the electron beam as a function of its intensity is as monotonous and as small as possible. It is possible to calibrate the source to determine, before using the source for additive manufacturing, how to adjust the voltages that supply the main wehnelt 12 and the additional wehnelt 16.
Pour une intensité cible le du faisceau d'électrons, il est recherché un diamètre cible De du faisceau d'électrons.  For a target intensity the of the electron beam, a target diameter De of the electron beam is sought.
Au cours de la calibration, le diamètre du faisceau d'électrons peut être déterminé en utilisant une méthode connue de l'art antérieur. Par exemple il est possible d'utiliser un dispositif à fentes et une reconstruction tomographique. Un exemple particulier de reconstruction tomographique est la méthode SYRTE.  During calibration, the diameter of the electron beam can be determined using a method known from the prior art. For example, it is possible to use a slit device and a tomographic reconstruction. A particular example of tomographic reconstruction is the SYRTE method.
Dans une première étape El de calibration, la source est mise en marche pour produire un faisceau d'électrons. L'ensemble 15 d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique la cathode 11, le wehnelt principal 12 et l'anode 13 est mis en marche. L'alimentation électrique 19 adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire 16 sous tension électrique est également mise en marche.  In a first calibration step E1, the source is switched on to produce an electron beam. The power supply assembly 15 adapted to energize the cathode 11, the main wehnelt 12 and the anode 13 is started. The power supply 19 adapted to put the additional wehnelt 16 under electrical voltage is also turned on.
Dans une deuxième étape E2 de calibration, l'alimentation électrique du wehnelt supplémentaire 16 est réglée à une tension nulle, et le wehnelt principal 12 est alimenté à une tension de sorte à obtenir une intensité du faisceau égale à l'intensité cible le.  In a second calibration step E2, the electrical supply of the additional wehnelt 16 is set at zero voltage, and the main wehnelt 12 is supplied with a voltage so as to obtain a beam intensity equal to the target intensity le.
Dans une troisième étape E3 de calibration, le diamètre du faisceau d'électrons est déterminé et comparé au diamètre cible De.  In a third calibration step E3, the diameter of the electron beam is determined and compared to the target diameter De.
Si le diamètre mesuré est différent du diamètre cible De, la boucle E4 de sous étapes est mise en œuvre :  If the diameter measured is different from the target diameter De, the loop E4 of substeps is implemented:
Dans une première sous étape E41, la tension qui alimente le wehnelt supplémentaire est augmentée de quelques Volts et la tension qui alimente le wehnelt principal 12 est diminuée de la même valeur.  In a first substep E41, the voltage which supplies the additional wehnelt is increased by a few volts and the voltage which supplies the main wehnelt 12 is reduced by the same value.
Dans une deuxième sous étape E42, le diamètre du faisceau d'électrons est déterminé et comparé au diamètre cible De.  In a second substep E42, the diameter of the electron beam is determined and compared to the target diameter De.
La boucle de sous étapes est reprise tant que le diamètre du faisceau d'électrons est différent du diamètre cible De. Une fois que le diamètre du faisceau d'électrons est sensiblement égal au diamètre cible De, c'est-à-dire égal à 5% près, les valeurs des tensions qui alimentent le wehnelt supplémentaire 16 et le wehnelt principal 12 sont enregistrées en correspondance avec le couple de valeurs de l'intensité cible le et du diamètre cible De. On obtient ainsi une configuration électrique de la source. The loop of substeps is repeated as long as the diameter of the electron beam is different from the target diameter De. Once the diameter of the electron beam is substantially equal to the target diameter De, that is to say equal to 5%, the values of the voltages which supply the additional wehnelt 16 and the main wehnelt 12 are recorded in correspondence. with the couple of values of the target intensity le and the target diameter De. This gives an electrical configuration of the source.
Il est possible de procéder ainsi pour une pluralité de couples de valeurs de l'intensité cible le et du diamètre cible De, et d'obtenir ainsi une pluralité de configurations électriques de la source. Une fois les configurations électriques mises en mémoire, il est possible de régler la source selon une des configurations électriques mémorisées pour obtenir un faisceau d'électron d'intensité cible le et de diamètre cible De. Il est à noter que la source peut être réglée en utilisant une interpolation linéaire entre deux ou plusieurs configurations électriques mémorisées. Les interpolations linéaires peuvent être programmées en amont de l'utilisation de la source.  It is possible to do this for a plurality of pairs of values of the target intensity Ie and the target diameter De, and thus to obtain a plurality of electrical configurations of the source. Once the electrical configurations have been stored, it is possible to adjust the source according to one of the stored electrical configurations to obtain an electron beam with target intensity Ie and target diameter De. It should be noted that the source can be adjusted using linear interpolation between two or more stored electrical configurations. Linear interpolations can be programmed before using the source.
Il est en particulier possible, de procéder à la détermination d'une pluralité de configurations électriques avec différentes valeurs d'intensité cible le et toujours la même valeur du diamètre cible De. Une fois les configurations électriques mises en mémoire, il est possible de régler la source selon une des configurations électriques mémorisées pour obtenir un faisceau d'électron d'intensités différentes présentant toujours le même diamètre cible De. Il est à noter que la source peut être réglée en utilisant une interpolation linéaire entre deux configurations électriques mémorisées. Les interpolations linéaires peuvent être programmées en amont de l'utilisation de la source.  It is in particular possible, to carry out the determination of a plurality of electrical configurations with different values of target intensity lc and always the same value of the target diameter De. Once the electrical configurations have been stored, it is possible to adjust the source according to one of the stored electrical configurations to obtain an electron beam of different intensities always having the same target diameter De. It should be noted that the source can be adjusted by using a linear interpolation between two stored electrical configurations. Linear interpolations can be programmed before using the source.
Lorsque l'on fait varier le courant du faisceau d'électrons produit par cette source ainsi alimentée en tension, le diamètre du faisceau d'électrons ne présente plus de pic.  When the current of the electron beam produced by this source thus supplied with voltage is varied, the diameter of the electron beam no longer has a peak.
Le diamètre est constant lorsque l'intensité est inférieure à 50 mA. The diameter is constant when the intensity is less than 50 mA.
Le diamètre augmente avec une pente inférieure ou égale à 10pm/10mA entre 0 et 90 mA. The diameter increases with a slope less than or equal to 10 pm/10mA between 0 and 90 mA.
Pour un courant de 100 mA, le diamètre du faisceau atteint 50 pm, bien en dessous de 150 pm. La source de faisceau d'électrons telle que décrite précédemment permet de travailler avec une dépendance de la taille du faisceau d'électrons en fonction de son intensité qui est plus faible que dans l'art antérieur. For a current of 100 mA, the diameter of the beam reaches 50 μm, well below 150 μm. The electron beam source as described above makes it possible to work with a dependence on the size of the electron beam as a function of its intensity which is lower than in the prior art.
On peut régler les tensions des différentes pièces de la source pour que le diamètre du faisceau d'électrons produit varie peu et toujours dans le même sens par rapport à son intensité.  The voltages of the different parts of the source can be adjusted so that the diameter of the electron beam produced varies little and always in the same direction relative to its intensity.
Commande en tension des wehnelts Wehnelts tension control
Une telle source de faisceau d'électrons permet aussi de produire des faisceaux d'électrons de même intensité mais de diamètres différents.  Such an electron beam source also makes it possible to produce electron beams of the same intensity but of different diameters.
Pour cela, des différences de tensions W1 et W2 différentes peuvent être appliquées respectivement aux wehnelt principal et supplémentaire, par rapport à la cathode, toutes choses étant égales par ailleurs.  For this, different voltage differences W1 and W2 can be applied respectively to the main and additional wehnelt, relative to the cathode, all other things being equal.
En particulier, des paramètres a et b positifs peuvent être définis tels que si l'expression « aWl + bW2 » reste constante alors, quel que soit le choix des tensions W1 et W2, l'intensité du faisceau reste constante.  In particular, positive parameters a and b can be defined such that if the expression “aWl + bW2” remains constant then, whatever the choice of the voltages W1 and W2, the intensity of the beam remains constant.
Pour un certain choix de tensions initiales qui alimentent les wehnelts principal et supplémentaire, une certaine intensité du faisceau est obtenue.  For a certain choice of initial voltages which supply the main and additional wehnelts, a certain intensity of the beam is obtained.
II est possible ensuite en faisant varier W1 et W2 tout en conservant la quantité « aWl+bW2 » de produire des faisceaux d'intensité constante mais de diamètre différent.  It is then possible by varying W1 and W2 while keeping the quantity "aW1 + bW2" to produce beams of constant intensity but of different diameter.
Il est également possible d'ajuster la valeur du couple de tensions Wl, W2 pour différentes intensités de faisceau de sorte que le diamètre du faisceau dans un plan transverse à sa direction de propagation et en particulier dans le plan de poudres reste constant.  It is also possible to adjust the value of the torque of voltages W1, W2 for different beam intensities so that the diameter of the beam in a plane transverse to its direction of propagation and in particular in the powder plane remains constant.
La figure 6 représente les évolutions 61, 62 du diamètre du faisceau d'électrons en fonction de son intensité. Le faisceau est soit produit par un exemple de source de faisceau d'électrons selon l'art antérieur, correspondant à la courbe 61, soit par un exemple de source de faisceau d'électrons proposée, correspondant à la courbe 62.  FIG. 6 represents the changes 61, 62 in the diameter of the electron beam as a function of its intensity. The beam is either produced by an example of an electron beam source according to the prior art, corresponding to curve 61, or by an example of a proposed electron beam source, corresponding to curve 62.
La courbe 61 présente un pic de diamètre pour un courant de transition correspondant au courant du faisceau d'électrons qui sépare les modes avec et sans « cross over ». Plus généralement, la courbe 61 présente des variations importantes et pas toujours selon le même sens de variation pour la plage de courant de 0 à 100 mA. Curve 61 presents a peak in diameter for a transition current corresponding to the current of the electron beam which separates the modes with and without "cross over". More generally, curve 61 presents significant variations and not always in the same direction of variation for the current range from 0 to 100 mA.
La courbe 62 a été obtenue en ajustant la valeur du couple de tensions Wl, W2 pour différentes intensités de faisceau de sorte que le diamètre du faisceau dans un plan transverse reste égal à 70 pm. Il n'y a aucun pic dans la courbe 62 et aucune variation sensible pour la plage de courant de 0 à 100 mA. Compensation de l'usure de la cathode  Curve 62 was obtained by adjusting the value of the torque of voltages W1, W2 for different beam intensities so that the diameter of the beam in a transverse plane remains equal to 70 μm. There is no peak in curve 62 and no appreciable variation for the current range from 0 to 100 mA. Compensation for cathode wear
Un autre avantage de la source de faisceau d'électrons telle que décrite précédemment est la compensation de la dégradation du diamètre du faisceau d'électrons en fonction de l'usure de la cathode.  Another advantage of the electron beam source as described above is the compensation for the degradation of the diameter of the electron beam as a function of the wear of the cathode.
Au fur et à mesure de son exploitation, la source produit un faisceau dont le diamètre augmente.  As it is used, the source produces a beam whose diameter increases.
En réponse à cette variation du diamètre, il est possible de trouver un nouveau jeu de tensions Wl et W2 qui permet de compenser la variation du diamètre du faisceau.  In response to this variation in diameter, it is possible to find a new set of voltages Wl and W2 which makes it possible to compensate for the variation in the diameter of the beam.
Avec la possibilité de modifier le jeu de tensions, l'utilisation de la source peut être poursuivie et la durée de vie de la cathode peut être augmentée.  With the possibility of modifying the set of voltages, the use of the source can be continued and the service life of the cathode can be increased.
Un exemple d'une telle compensation peut être donné dans la table suivante :  An example of such compensation can be given in the following table:
Figure imgf000018_0001
La première ligne du tableau correspond à l'état neuf de la cathode. Le jeu de tensions W1 W2 appliqué aux wehnelts correspond à un diamètre du faisceau de 100 pm.
Figure imgf000018_0001
The first line of the table corresponds to the new condition of the cathode. The tension set W1 W2 applied to the wehnelts corresponds to a beam diameter of 100 μm.
La deuxième ligne du tableau correspond à un état usé de la cathode. Le même jeu de tensions W1 W2 qu'à la première ligne correspond cette fois à un diamètre plus important du faisceau de 200 pm. The second line of the table corresponds to a worn state of the cathode. The same set of voltages W1 W2 as on the first line this time corresponds to a larger diameter of the beam of 200 μm.
La troisième ligne du tableau correspond au même état usé de la cathode qu'à la deuxième ligne. Le jeu de tensions W1 W2 est modifié et permet de diminuer le diamètre du faisceau à 100 pm. The third line of the table corresponds to the same worn condition of the cathode as the second line. The set of voltages W1 W2 is modified and makes it possible to reduce the diameter of the beam to 100 μm.
La modification du jeu de tensions a permis de compenser la variation du diamètre du faisceau due à l'usure de la cathode.  The modification of the set of voltages made it possible to compensate for the variation in the diameter of the beam due to wear of the cathode.
Appareil de fabrication additive sélective Selective additive manufacturing apparatus
L’appareil 21 de fabrication additive sélective de la figure 7 comprend :  The device 21 for selective additive manufacturing of FIG. 7 comprises:
- un support tel qu'un plateau horizontal 23 sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive (poudre métallique, poudre de céramique, etc.) permettant de fabriquer un objet tridimensionnel (objet 22 en forme de sapin sur la figure),  - A support such as a horizontal plate 23 on which are successively deposited the different layers of additive manufacturing powder (metal powder, ceramic powder, etc.) making it possible to manufacture a three-dimensional object (object 22 in the shape of a fir tree in the figure ),
- un réservoir de poudre 27 situé au-dessus du plateau 23,  - a powder reservoir 27 located above the plate 23,
- un arrangement 24 pour la distribution de ladite poudre métallique sur le plateau, cet arrangement 24 comportant par exemple une raclette 25 et/ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A),  an arrangement 24 for the distribution of said metallic powder on the tray, this arrangement 24 comprising, for example, a squeegee 25 and / or a layering roller for spreading the different successive layers of powder (displacement according to the double arrow A),
- un ensemble 28 comportant au moins une source 211 de faisceau d'électrons pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées, le faisceau d'électrons généré par la source 211 rentre en contact avec les couches fines étalées dans le plan de poudres.  an assembly 28 comprising at least one source 211 of electron beam for the fusion (total or partial) of the spread thin layers, the electron beam generated by the source 211 comes into contact with the thin layers spread in the plane of powders.
- une unité de contrôle 29 qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil 21 en fonction d'informations pré-mémorisées (mémoire M), - un mécanisme 210 pour permettre de descendre le support du plateau 23 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B). a control unit 29 which controls the various components of the device 21 as a function of pre-stored information (memory M), - A mechanism 210 to allow the support of the plate 23 to descend as the layers are deposited (displacement according to the double arrow B).
Dans l'exemple décrit en référence à la figure 7, l’ensemble 28 comporte également une source 212 de type laser.  In the example described with reference to FIG. 7, the assembly 28 also includes a laser-type source 212.
Dans l'exemple décrit en référence à la figure 7, au moins un miroir galvanométrique 214 permet d’orienter et de déplacer le faisceau laser issu de la source 212 par rapport à l’objet 22 en fonction des informations envoyées par l’unité de contrôle 29. Tout autre système de déviation peut bien entendu être envisagé.  In the example described with reference to FIG. 7, at least one galvanometric mirror 214 makes it possible to orient and move the laser beam coming from the source 212 relative to the object 22 as a function of the information sent by the unit of control 29. Any other deviation system can of course be envisaged.
Des bobines 215 et 216 de déflection et de focalisation permettent de défléchir et de focaliser localement le faisceau d'électrons sur les zones de couches à fritter ou fusionner.  Deflection and focusing coils 215 and 216 make it possible to locally deflect and focus the electron beam on the areas of layers to be sintered or fused.
Un bouclier thermique T peut être interposé entre d'une part le plateau 23 et la pièce réalisée sur celui-ci et d'autre part la source d'électrons 211.  A heat shield T can be interposed between on the one hand the plate 23 and the part produced thereon and on the other hand the electron source 211.
Les composants de l’appareil 21 sont agencés à l’intérieur d’une enceinte étanche 217 reliée à au moins une pompe à vide 218 qui maintient un vide secondaire à l’intérieur de ladite enceinte 217 (typiquement environ 10-2 / 10-3 mbar, voire 10-4 / 10-6 mbar).  The components of the device 21 are arranged inside a sealed enclosure 217 connected to at least one vacuum pump 218 which maintains a secondary vacuum inside said enclosure 217 (typically around 10-2 / 10- 3 mbar, even 10-4 / 10-6 mbar).

Claims

REVENDICATIONS
1. Source de faisceau d'électrons adaptée pour la fabrication additive sélective comprenant une cathode (11), la cathode (11) comprenant une zone émissive (110) adaptée pour émettre des électrons, un wehnelt principal (12), une anode (13) et un ensemble (15) d'alimentations électriques adapté pour mettre ces trois pièces sous tension électrique, le wehnelt principal (12) étant placé entre la cathode (11) et l'anode (13), caractérisée en ce que ladite source comprend un wehnelt supplémentaire (16) et une alimentation électrique (19) adaptée pour mettre ledit wehnelt supplémentaire (16) sous tension électrique, ledit wehnelt supplémentaire (16) étant placé en amont du wehnelt principal (12) par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons de sorte qu'une première surface de contrôle (161) du wehnelt supplémentaire entoure une partie amont (111) de la zone émissive (110) par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons et qu'une deuxième surface de contrôle (121) du wehnelt principal entoure une partie aval (112) de la zone émissive (110) par rapport au sens de propagation du faisceau d'électrons. 1. Electron beam source suitable for selective additive manufacturing comprising a cathode (11), the cathode (11) comprising an emissive zone (110) adapted to emit electrons, a main wehnelt (12), an anode (13 ) and a set (15) of power supplies adapted to put these three parts under electric voltage, the main wehnelt (12) being placed between the cathode (11) and the anode (13), characterized in that said source comprises an additional wehnelt (16) and a power supply (19) adapted to put said additional wehnelt (16) under electric voltage, said additional wehnelt (16) being placed upstream of the main wehnelt (12) relative to the direction of propagation of the beam of electrons so that a first control surface (161) of the additional wehnelt surrounds an upstream part (111) of the emissive zone (110) relative to the direction of propagation of the electron beam and that a second s the main wehnelt control surface (121) surrounds a downstream part (112) of the emissive zone (110) relative to the direction of propagation of the electron beam.
2. Source de faisceau d'électrons selon la revendication 1 dans laquelle l'ensemble (15) d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique la cathode (11), le wehnelt principal (12) et l'anode (13) et l'alimentation électrique (19) adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire (16) sous tension électrique, sont configurées pour que la source délivre des faisceaux d'intensité comprise entre 1 mA et 50 mA, préférentiellement entre 5 mA et 50 mA, encore plus préférentiellement entre 10 mA et 50 mA, et dont les diamètres dans un plan transverse à la direction de propagation du faisceau d'électrons, adapté pour être un plan où de la poudre de fabrication additive est consolidée, sont sensiblement constants d'une intensité à l'autre. 2. An electron beam source according to claim 1 in which the assembly (15) of electrical power supplies adapted to energize the cathode (11), the main wehnelt (12) and the anode (13) and the power supply (19) adapted to put the additional wehnelt (16) under electrical voltage, are configured so that the source delivers beams of intensity between 1 mA and 50 mA, preferably between 5 mA and 50 mA, even more preferably between 10 mA and 50 mA, and whose diameters in a plane transverse to the direction of propagation of the electron beam, adapted to be a plane where powder of additive manufacturing is consolidated, are substantially constant with an intensity at the other.
3. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que 3. Electron beam source according to one of the preceding claims, characterized in that
la distance séparant le wehnelt principal (11) et le wehnelt supplémentaire (16) selon la direction de propagation du faisceau d'électrons,  the distance between the main wehnelt (11) and the additional wehnelt (16) according to the direction of propagation of the electron beam,
l'épaisseur desdits wehnelts (11, 16) selon ladite direction de propagation,  the thickness of said wehnelts (11, 16) in said direction of propagation,
la position desdits wehnelts (11, 16) selon ladite direction de propagation par rapport à la cathode et  the position of said wehnelts (11, 16) in said direction of propagation relative to the cathode and
la surface et la forme desdits wehnelts (11, 16) en regard de la cathode  the surface and the shape of said wehnelts (11, 16) facing the cathode
sont adaptées pour que la source, alimentée sous certaines tensions électriques, délivre des faisceaux d'intensité de 100 mA.  are adapted so that the source, supplied with certain electrical voltages, delivers beams of intensity of 100 mA.
4. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la source s'étend selon un axe (D) de la source, l'axe (D) de la source étant un axe de symétrie de la cathode (11), du wehnelt principal (12), de l'anode (13) et du wehnelt supplémentaire (16), le wehnelt principal (12), le wehnelt supplémentaire (16) et l'anode (13) laissant libre ledit axe (D) de la source, la première surface de contrôle (161) et la deuxième surface de contrôle (121) s'étendent autour de l'axe de la source (D) de manière circulaire et à une même distance de la direction de propagation. 4. Electron beam source according to one of the preceding claims, in which the source extends along an axis (D) of the source, the axis (D) of the source being an axis of symmetry of the cathode (11), the main wehnelt (12), the anode (13) and the additional wehnelt (16), the main wehnelt (12), the additional wehnelt (16) and the anode (13) leaving said axis free (D) from the source, the first control surface (161) and the second control surface (121) extend around the axis of the source (D) in a circular fashion and at the same distance from the direction of spread.
5. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que 5. Electron beam source according to one of the preceding claims, characterized in that
la distance séparant le wehnelt principal (11) et le wehnelt supplémentaire (16) selon la direction de propagation du faisceau d'électrons,  the distance between the main wehnelt (11) and the additional wehnelt (16) according to the direction of propagation of the electron beam,
l'épaisseur desdits wehnelts (11, 16) selon ladite direction de propagation, la position desdits wehnelts (11, 16) selon ladite direction de propagation par rapport à la cathode et the thickness of said wehnelts (11, 16) in said direction of propagation, the position of said wehnelts (11, 16) in said direction of propagation relative to the cathode and
la surface et la forme desdits wehnelts (11, 16) en regard de la cathode  the surface and the shape of said wehnelts (11, 16) facing the cathode
sont adaptées pour qu'en cas de détérioration de la cathode (11), les effets de ladite détérioration sur le diamètre, l'intensité et la brillance du faisceau d'électrons sont corrigés par une modification de l'alimentation électrique de ladite source.  are adapted so that in the event of deterioration of the cathode (11), the effects of said deterioration on the diameter, intensity and brightness of the electron beam are corrected by a modification of the electrical supply of said source.
6. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la cathode (11) est une cathode en pointe et en ce que la pointe de la cathode est dirigée vers l'anode (13). 6. Electron beam source according to one of the preceding claims, characterized in that the cathode (11) is a pointed cathode and in that the tip of the cathode is directed towards the anode (13).
7. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bords d'une ouverture du wehnelt supplémentaire (16) définissant la première surface de contrôle (161) sont repliés vers le wehnelt principal (12). 7. electron beam source according to one of the preceding claims, characterized in that the edges of an opening of the additional wehnelt (16) defining the first control surface (161) are folded towards the main wehnelt (12) .
8. Source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'ensemble (15) d'alimentations électriques adapté pour mettre sous tension électrique la cathode (11), le wehnelt principal (12) et l'anode (13) et l'alimentation électrique (19) adaptée pour mettre le wehnelt supplémentaire (16) sous tension électrique sont configurées pour que la différence de potentiel par rapport à la cathode (11) : 8. electron beam source according to one of the preceding claims, wherein the assembly (15) of power supplies adapted to energize the cathode (11), the main wehnelt (12) and the anode (13) and the power supply (19) adapted to put the additional wehnelt (16) under electric voltage are configured so that the potential difference with respect to the cathode (11):
- du wehnelt principal (12) est comprise entre 0 et -3800 volts - the main wehnelt (12) is between 0 and -3800 volts
- du wehnelt supplémentaire (16) est comprise entre 0 et -3800 volts - additional wehnelt (16) is between 0 and -3800 volts
- de l'anode (13) est comprise entre 0 et -60 000 volts  - the anode (13) is between 0 and -60,000 volts
9. Appareil (21) pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte : - un support (23) pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive, 9. Apparatus (21) for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising in an enclosure: - a support (23) for depositing successive layers of additive manufacturing powder,
- un arrangement (24) de distribution adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit support ou sur une couche précédemment consolidée,  - a distribution arrangement (24) adapted to apply a layer of powder on said support or on a previously consolidated layer,
- au moins une source de faisceau d'électrons (211) adaptée pour assurer la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution,  - at least one electron beam source (211) adapted to ensure the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement,
- une électronique pour la commande de ladite source, caractérisé en ce que ladite source (211) est une source de faisceau d'électrons selon l'une des revendications précédentes.  - electronics for controlling said source, characterized in that said source (211) is an electron beam source according to one of the preceding claims.
10. Procédé de fabrication additive sélective comprenant les étapes de10. Selective additive manufacturing process comprising the steps of
- application d'une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée, - application of a layer of additive manufacturing powder on a support or on a previously consolidated layer,
- consolidation sélective de la couche de poudre appliquée, caractérisé en ce que le procédé est mis en œuvre par un appareil selon la revendication 9.  - selective consolidation of the applied powder layer, characterized in that the method is implemented by an apparatus according to claim 9.
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