[实用新型]一种多功能电子束热加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多功能电子束热加工装置，该装置可用于快速成型、区域熔炼和焊接金属材料，集材料的提纯、熔炼和成型多种功能于一体。

背景技术

难熔贵金属及其合金因具有许多独特的优异性能，贵金属的纯度对其物理化学性能具有较大影响，随着科学技术的进步，对材料的要求也越来越高，获得高纯材料成为了一种趋势。同时,贵金属由于原料成本高昂，在加工过程中应尽量避免原材料的浪费。因此实现任意复杂程度实体加工技术，大幅度降低制造成本和系统复杂性的快速成型技术也是贵金属应用领域不断拓展的重要保障。

区域熔炼最重要的目的就是提纯金属，金属中的杂质元素、夹杂物的种类和含量直接影响其特性，从而制约其在各领域的有效利用。传统的区域熔炼方式比如感应加热和电阻加热，固液界面形态难以控制，熔区宽度较大，熔炼温度较低，且不可避免坩埚对材料的再次污染。而电子束加热方式不仅可获得理想的熔区宽度以及温度场，同时没有坩埚的二次污染。但目前的电子束区域熔炼装置具有结构复杂、熔区不可控且电子枪使用寿命短等缺点，常见的环形电子枪设计由于料棒挥发或溅射出的蒸汽或熔体极易污染并损坏电子枪系统，造成设备维护频繁、成本增加等。

基于离散-堆积的思想，将一个物理实体复杂的三维加工离散成一系列二维层片的加工然后叠加，就是一个增材制造的过程，可减少工件生产所需工序，提升工作效率，同时降低原材料的浪费，对于贵金属而言显得尤为重要。当前较普遍的增材制造技术为金属粉末激光快速成型，而贵金属制粉难度大，同时吸入人体还容易导致重金属中毒，增加了安全防护和工艺试验的难度，且激光器价格也较高。相对而言，金属丝电子束快速成型更加可靠，还具有一定的纯化功能，可获得更好的成型工件。同时对于材料的提纯及制备成型往往是相互独立的系统，生产效率较低，装置的研制成本较高，也没有专门适用于贵金属及难熔重金属的多功能一体化装置。

因此，研制一种简单、经济、有效的多功能一体化装置，为贵金属的热加工过程拓展了更为广阔的空间，不仅具有显著的工程应用价值，还具有重要的科学研究意义。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多功能电子束热加工装置。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种多功能电子束热加工装置，包括真空炉体、垂直电子枪系统、水平电子枪系统、三维送丝熔炼系统、区熔系统、真空系统，所述三维送丝熔炼系统、区熔系统设置在真空炉体内部；所述垂直电子枪系统安装在真空炉体顶部，包括垂直电子枪、观察装置一、冷却机构一、电源一和真空机组一，所述垂直电子枪的电子枪口向下对准真空炉体内部，所述电源一、冷却机构一分别对垂直电子枪和真空机组一进行供电和冷却，所述观察装置一用于观察垂直电子枪的工作状况；所述水平电子枪系统安装在真空炉体侧部，包括水平电子枪、冷却机构二、观察装置二、电源二和真空机组二，所述水平电子枪的电子枪口水平对准真空炉体内部，所述电源二、冷却机构二分别对水平电子枪和真空机组二进行供电和冷却，所述观察装置二用于观察水平电子枪的工作状况；所述三维送丝熔炼系统包括卷丝机构、送丝机构、三维运动机构、运动平台和基板，所述送丝机构从卷丝机构抽取金属丝，所述运动平台安装在三维运动机构上且其顶部安装基板；所述区熔系统包括升降机构、丝杆架、下卡头、上卡头、旋转机构，所述丝杆架安装在基板上，所述升降机构安装在丝杆架内，所述旋转机构安装在升降机构上，金属料棒上下端分别通过上卡头、下卡头安装在旋转机构上；所述真空系统包括安装在真空炉体上的真空计、排气阀以及用于对真空炉体抽真空的真空机组三。

所述区熔系统可拆卸，当垂直电子枪系统与三维送丝熔炼系统配合工作时，水平电子枪系统不工作，此时区熔系统处于拆卸状态；相反，当区熔系统与水平电子枪系统工作时，垂直电子枪系统与三维送丝熔炼系统停止工作。另外，区熔系统也可水平放置于运动平台上，与垂直电子枪系统配合实现水平放置金属料棒的区域熔炼。除此之外，区熔系统还可用作两根料棒的焊接功能。

所述三维运动机构可带动运动平台实现X、Y、Z方向运动，所述运动平台上部固定基板，所述基板在三维运动机构及运动平台的带动下与送丝机构、电子束配合实现金属丝快速成型，所述卷丝机构与送丝机构配合实现金属丝的送出，电子束的下束点落在金属丝头上，并保持不动，运动平台根据设定路径规划进行X、Y、Z方向三维运动以实现金属丝按预设图形的熔炼成型。