[发明专利]一种同轴送粉的电子枪装置

说明书

本发明涉及一种同轴送粉的电子枪装置。该装置包括同轴安装的水冷阴极、阳极、送粉桶、送粉头、环形绝缘子、聚焦线圈和熔覆导引头。水冷阴极沿中心轴开有通孔和凹球面状腔体；送粉桶设在水冷阴极的外部上端，送粉桶包括用于调节送粉桶内金属粉送粉量的振动调节机构；送粉头设在电子枪的腔室中，送粉头的上端安装在水冷阴极的通孔中，送粉头与送粉桶之间通过导粉管连通；阳极设在水冷阴极下端，且在送粉头的外周，阳极通过环形绝缘子与水冷阴极连接；聚焦线圈设在电子枪的中段枪体中，中段枪体与阳极的下端连接；熔覆导引头设在电子枪的下段枪体的出口位置，熔覆导引头具有通孔。实现了金属粉末与电子束的同轴，大幅提高了电子枪的应用领域。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种利用环形电子束斑熔化金属粉末的增材制造装置，具体的讲是一种同轴送粉的电子枪装置。

背景技术

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。金属增材制造技术可显著缩短装备研制周期，改善装备制造流程，提高装备的适应性，可实现复杂装备轻质、高强、低成本及敏捷化快速制造，为装备研制带来质的飞跃。

目前，以高能束为热源的金属增材制造技术主要包括：电子束选区熔化增材制造技术、电子束熔丝增材制造技术、激光选区熔化增材制造技术、激光直接沉积增材制造技术、等离子弧增材制造技术等。与其它技术相比，电子束与金属作用时能量转化效率较高，达到80%以上。制备钛铝等难熔金属零件的优势明显。

近年来，金属增材制造在向大尺寸构件制造技术发展，如何实现多激光束同步制造，提高制造效率，保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的难点。

由于当前常规的电子枪包括多种功能系统，受结构的限制，使得电子枪的体积很难小型化，难以获得激光直接沉积同轴送粉的熔覆头结构，这便限制了以电子束为热源、金属粉末为原料的增材制造技术在大型金属零件制造领域的应用发展。因此，发明人提供了一种同轴送粉的电子枪装置。。

发明内容

本发明实施例提供了一种同轴送粉的电子枪装置，该装置实现了金属粉末沿电子枪的轴线送粉，并在环形束斑聚焦处熔化形成熔滴过渡成形，装置结构合理紧凑，拓展了电子束增材制造技术的应用领域。

本发明的实施例提出了一种同轴送粉的电子枪装置，该装置包括：水冷阴极、阳极、送粉桶、送粉头、环形绝缘子、聚焦线圈和熔覆导引头。其中，水冷阴极设在所述电子枪的上端，所述水冷阴极沿中心轴开有通孔和凹球面状腔体；送粉桶设在所述水冷阴极的外部上端，所述送粉桶包括振动调节机构，所述振动调节机构用于调节所述送粉桶内金属粉的送粉量；送粉头设在所述电子枪的腔室中，用于将金属粉末送至所述电子枪腔内，所述送粉头的上端安装在所述水冷阴极的通孔中，所述送粉头与所述送粉桶之间通过导粉管连通；阳极设在所述水冷阴极下端，且在所述送粉头的外周，所述阳极通过环形绝缘子与所述水冷阴极连接；聚焦线圈设在所述电子枪的中段枪体中，用于将电子束聚焦成电子束斑，所述中段枪体与所述阳极的下端连接；熔覆导引头设在所述电子枪的下段枪体的出口位置，所述熔覆导引头具有通孔，用于送出金属熔滴束；并且，所述水冷阴极、所述阳极、所述送粉头、所述导粉管、所述聚焦线圈以及所述熔覆导引头均同轴安装。

在第一种可能的实现方式中，所述水冷阴极的上端面设有固定环，所述水冷阴极与所述固定环之间设有绝缘密封卡环，所述送粉头安装在所述绝缘密封卡环上，使得所述固定环的下端压紧所述送粉头的上端面，所述导粉管通过所述固定环的中心通孔伸入所述送粉头腔内。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述水冷阴极的内部设置有冷却水循环通道，所述冷却水循环通道的阴极进水管和阴极出水管均安装在所述水冷阴极上，所述水冷阴极上还设有导气管和高压引线端，所述导气管通入所述水冷阴极的腔室内。