[发明专利]一种丝束同轴的电子束熔丝增材制造设备

权利要求书

1.一种丝束同轴的电子束熔丝增材制造设备，其特征在于，包括控制系统（2）以及分别与其电联接的环形束斑冷阴极电子枪（1）、送丝系统（3）、高压加速电源（4）、束流调控系统（5），气流控制系统（6）、冷却系统（7）、聚焦控制电路（8）、丝端位置检测系统（9）、真空室（13）和设在所述真空室（13）内的三维运动机构（14），其中，所述控制系统（2）基于PLC与CNC构建，所述电子枪（1）包括上部的环形阴极（101）、下部的锥形阳极（102）以及轴向贯穿阴极（101）与阳极（102）的导丝管（103），所述阴极（101）连接所述高压加速电源（4）和所述冷却系统（7），所述阳极（102）的下部锥形出口端连接所述真空室（13），所述三维运动机构（14）用于驱动阳极（102）出口端下方的工作台在三维方向运动，所述控制系统（2）控制所述送丝系统（3）将金属丝材通过所述导丝管（103）从阴极入口端向阳极出口端穿出，在工作台上进行电子束熔丝增材制造时，所述控制系统（2）控制所述束流调控系统（5）和气流控制系统（6），用于调控输入所述电子枪（1）的加速电压和气体流量，所述控制系统（2）控制所述聚焦控制电路（8）为所述电子枪（1）提供轴向汇聚磁场，并调节阳极（102）出口端射出束流的焦点位置，使金属丝材的熔化端、熔池位于焦点位置，所述丝端位置检测系统（9）用于采集所述导丝管（103）输出端、金属丝材端部与工件之间的距离，并将采集的距离反馈给所述控制系统（2），通过调控所述三维运动机构（14）在三维方向的运动，防止与工件碰撞；

所述阴极（101）为中心开孔的凹面结构，在所述阴极（101）中设有水冷通道，所述水冷通道的进水口和出水口连接所述冷却系统（7）；

所述冷却系统（7）包括冷却单元A和冷却单元B，所述冷却单元A连接所述阴极（101）的水冷通道，且在两者之间设有水阻，所述冷却单元A用于冷却电子枪（1）的阴极（101），所述冷却单元B通过分水器分别连接电子枪（1）的阳极（102）和工作台，用于对其冷却；

在所述电子枪（1）的阴极（101）和阳极（102）之间设有绝缘垫环（106）进行隔离，在阴极（101）与导丝管（103）之间设有绝缘管套（104）进行隔离，且所述导丝管（103）接地，在所述导丝管（103）的入口端的管内安装有中心开通孔的动密封结构（105），金属丝材可通过所述动密封结构（105）穿入所述导丝管（103）内；

所述高压加速电源（4）输出端通过单芯高压电缆连接所述电子枪（1）的阴极（101），所述高压加速电源（4）输出0~-20kV的高压，并通过所述控制系统（2）反馈并调节其加速电压；

所述束流调控系统（5）根据所述控制系统（2）输出的加速电压信号、束流的给定及反馈信号，将经过PID电路调节的加速电压信号送入高压加速电源（4），经过PID电路调节的束流反馈信号转化成气流调节信号送入气流控制系统（6），控制通入电子枪（1）放电腔室内的气体流量；

所述丝端位置检测系统（9）包括图像采集单元和图像处理单元，所述图像采集单元中的CCD 传感器设置在所述真空室（13）内，用于采集所述导丝管（103）输出端、金属丝材端部与工件之间的距离，并将经图像处理单元处理后的信号传送至所述控制系统（2）；

所述真空室（13）连接有真空计（11）和真空泵组（12），真空计（11）用于采集真空室（13）内的真空度并反馈至所述控制系统（2），所述控制系统（2）连接并控制真空泵组（12）对真空室（13）进行抽真空，使其达到工作要求的真空度；

所述真空室（13）通过一侧壁上的真空管道A （131）与所述真空泵组（12）连接，通过真空管道B （132）与所述真空计（11）连接，所述真空室（13）的另一侧壁上设置接线窗口（133），安装多个真空航插，用于连接所述三维运动机构（14）的各个电机，所述真空室（13）的任一侧壁上设置有地线连接点（136），通过该连接点连接所述高压加速电源（4）和大地，所述真空室（13）顶部设置有安装所述电子枪1的安装孔。

2.根据权利要求1所述的丝束同轴的电子束熔丝增材制造设备，其特征在于，所述送丝系统（3）包括送丝机构（301）及其送丝控制单元（302），所述控制系统（2）通过所述送丝控制单元（302）控制送丝机构（301）将金属丝材送至所述导丝管（103）。