[发明专利]一种电子束光学系统及增材制造装置

说明书

本发明属于3D打印技术领域，公开了一种电子束光学系统，包括均设有供电子束通过的束通孔且束通孔依次连通设置的聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统，正偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔交错设置，所述电子束经聚焦系统射入，并依次经正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统射出。本发明还公开了一种具有电子束光学系统的增材制造装置。通过在聚焦系统与偏转系统之间设置正偏转系统和负偏转系统，该正偏转系统和负偏转系统的束通孔交错设置，使得电子束通过的通道不是笔直贯通的，而是弯折的，进而在产生金属蒸汽时，金属蒸汽通过弯折通道后的量大大减少，有效地保护了阴极。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种电子束光学系统及增材制造装置。

背景技术

增材制造(3D打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来构建三维物体的制造技术。粉床式电子束增材制造是增材制造技术路线的一种，其基本的工艺步骤如下：粉末供应与铺平系统将粉末材料在工作平台上铺展成薄层，高能量密度的电子束在粉末层上扫描三维物体的一个截面；之后，工作平台下降一个粉末层厚度的距离，在工作平台上铺一层新的粉末，射线扫描三维物体的下一个截面；重复以上步骤，直至该三维物体制造完成。

在铺粉式电子束金属3D打印中，电子束从阴极发射后，分别经过聚焦线圈以及偏转线圈，然后到达工作台，熔化预置的粉末层。如图1所示，一般的电子束光学系统包括聚焦系统101以及偏转系统102，聚焦系统101和偏转系统102中间有供电子束通过的束通孔103，聚焦系统101的束通孔103与偏转系统102的束通孔103是同轴的，由于电子束的能量较高，在熔化金属粉末的同时，会导致部分金属材料的汽化，金属蒸汽在真空室内弥散并经束通孔103向上运动，很容易穿过束通孔103达到阴极，在阴极表面形成金属蒸镀层，而阴极表面被蒸镀会带来一系列的问题，如加速电压与阴极(接地)之间短路、阴极发射电子的密度降低甚至丧失发射电子的能力，这些问题会对增材制造的产品质量和效率带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子束光学系统及增材制造装置，以解决现有增材制造装置电子束光学系统存在的金属蒸汽对阴极产生不利影响的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电子束光学系统，包括均设有供电子束通过的束通孔且所述束通孔依次连通设置的聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统，所述正偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔交错设置，所述电子束经聚焦系统射入，并依次经正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统射出。

作为优选，所述正偏转系统中通入的电流与负偏转系统中通入的电流方向相反，以使所述电子束射入正偏转系统后偏转的角度和射入负偏转系统后偏转的角度相反。

作为优选，所述正偏转系统和负偏转系统中的电流大小相同。

作为优选，所述正偏转系统和负偏转系统之间设有连接件，所述连接件上开设有连接孔，所述连接孔用于将正偏转系统的束通孔以及负偏转系统的束通孔连通。

作为优选，所述聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统之间密封连接。

作为优选，所述聚焦系统的束通孔与正偏转系统的束通孔同轴，所述偏转系统的束通孔与负偏转系统的束通孔同轴。

作为优选，所述聚焦系统、正偏转系统、负偏转系统以及偏转系统均包括外壳以及位于外壳内的线圈，所述束通孔开设在所述外壳上。

作为优选，所述正偏转系统以及负偏转系统均设置有多个，且多个正偏转系统与多个负偏转系统之间交替设置。

本发明还提供一种增材制造装置，包括上述的电子束光学系统。

作为优选，还包括成形缸，所述偏转系统的束通孔的轴心与所述成形缸的轴心重合。