一种增材制造装置及增材制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造技术领域，公开了一种增材制造装置及增材制造方法，其中增材制造装置包括射线发生装置，所述射线发生装置包括：阴极，受热后能够逸出电子；激光器，用于产生激光，所述激光用于加热所述阴极；栅极，用于汇聚所述电子形成电子束；阳极，位于所述阴极下方且接地设置，所述阳极中间开设有孔，所述阳极和所述阴极之间形成有用于使所述电子束穿过所述孔的电位差。本发明专利技术通过激光器产生激光，并由激光加热阴极，使得阴极产生电子并形成电子束，其相较于现有技术的电加热阴极的方式，无需大电流加热，避免了因电流产生磁场会影响电子的分布，提高了阴极的寿命，也提高了增材制造时束斑的质量以及增材制造的质量和效率。

Device for increasing material and manufacturing method for adding material

The invention belongs to the technical field of augmented material manufacturing, and discloses an augmented material manufacturing device and a manufacturing method thereof, wherein the augmented material manufacturing device comprises a ray generating device, which comprises a cathode capable of escaping electrons after being heated, a laser for generating a laser, and the laser for heating the cathode; and a grating. An anode, located below the cathode and grounded, is provided with a hole between the anode and the cathode, forming a potential difference between the anode and the cathode for the electron beam to pass through the hole. The invention generates a laser through a laser and heats the cathode by a laser, which causes the cathode to produce electrons and form an electron beam. Compared with the existing electric heating method of the cathode, the method does not need large current heating, avoids the influence of magnetic field produced by the current on the distribution of electrons, improves the life of the cathode and enhances the manufacture of augmented materials. The quality of the spot and the quality and efficiency of the material addition.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造装置及增材制造方法
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种增材制造装置及增材制造方法。
技术介绍
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制造三维实体零件的制造技术。目前增材制造可采用电子束作为热源，其可以将材料薄层加热到很高温度(500-1000摄氏度)，成形过程应力低，开裂风险小；成形之后无需热处理就可以直接使用。目前的电子束源一般采用电加热或初级电子轰击等方式加热阴极，使得阴极温度升高到可以溢出电子的温度，随后产生电子束，来对材料薄层进行加热成型。其中电加热阴极的方式存在以下不足：一是加热电流大，一般超过10A，大电流产生磁场会影响电子的分布，造成束斑质量下降；二是阴极一般为片状或者丝状，电加热阴极时，阴极容易烧断，寿命较短。初级电子轰击方式则存在以下不足：一是需要轰击级+发射级两级电子束发射，造成结构复杂，制造和维护难度增加；二是轰击级仍然采用电加热产生电子，加热电流大，大电流同样产生不利于束斑质量的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种增材制造装置及增材制造方法，能够解决电加热阴极时束斑质量下降的问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种增材制造装置，包括射线发生装置，所述射线发生装置包括：阴极，受热后能够逸出电子；激光器，用于产生激光，所述激光用于加热所述阴极；栅极，用于汇聚所述电子形成电子束；阳极，位于所述阴极下方且接地设置，所述阳极中间开设有孔，所述阳极和所述阴极之间形成有用于使所述电子束穿过所述孔的电位差。作为优选，所述射线发射装置还包括光纤，所述光纤连接于所述激光器，用于传导所述激光。作为优选，所述射线发射装置还包括光纤固定头，所述光纤固定头连接于所述光纤，用于使所述光纤传导的激光垂直的加热所述阴极。作为优选，所述光纤固定头上设置有可拆卸的玻璃片，所述激光经所述玻璃片通过并加热所述阴极。作为优选，还包括高压电源，所述高压电源分别连接阴极以及栅极。作为优选，还包括成形室，所述成形室内部为真空环境，所述激光器位于所述成形室的顶部外侧，所述阴极、栅极以及阳极位于所述成形室的顶部内侧。作为优选，所述成形室包括上真空腔室以及下真空腔室，所述上真空腔室和下真空腔室均连接有抽真空设备。作为优选，所述阴极设有圆环形底面，所述圆环形底面能够逸出所述电子。本专利技术提供一种增材制造方法，包括以下步骤：调节成形室内的真空度至预设的真空度；通过激光器产生激光，并由激光加热阴极，使阴极逸出电子；通过栅极汇聚所述阴极逸出的电子，并形成电子束；通过阳极与所述阴极之间形成的电位差，使得所述电子束穿过所述阳极；通过聚焦线圈会聚所述电子束，并通过偏转线圈使所述电子束偏转，并按照预设的路径移动，对放置好的材料进行扫描熔化。作为优选，还包括：检测成形室内部的压力，并根据检测的压力调节进入成形室内的惰性气体流量。作为优选，在使所述电子束偏转之后还包括：控制所述电子束按照预设的路径移动，对铺设好的粉末材料层进行扫描熔化。作为优选，在使所述电子束偏转之后还包括：保持所述电子束固定，对按照预设路径移动的熔池内的熔丝进行熔化。本专利技术的有益效果：本专利技术通过激光器产生激光，并由激光加热阴极，使得阴极产生电子并形成电子束，其相较于现有技术的电加热阴极的方式，无需大电流加热，避免了因电流产生磁场会影响电子的分布，提高了阴极的寿命，也提高了增材制造时束斑的质量以及增材制造的质量和效率。而且本专利技术的上述结构，其结构简单，便于制造和维护。进一步通过高压电源连接阴极和栅极，无需如现有技术中的高压电源般在高压端浮动一个灯丝加热电路，其电路结构更加简单。附图说明图1是本专利技术实施例一所述的增材制造装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例一所述的增材制造装置显示有气体产生装置、抽真空设备、流量控制器以及压力传感器的结构示意图；图3是本专利技术实施例一所述的增材制造方法的流程图；图4是本专利技术实施例一所述的增材制造方法通过电子束进行扫描预热的扫描路径示意图；图5是本专利技术实施例二所述的增材制造装置的结构示意图。图中：1、射线发生装置；11、阴极；12、激光器；13、栅极；14、阳极；15、光纤；16、光纤固定头；17、高压电源；18、聚焦线圈；19、偏转线圈；20、电子束；2、成形室；21、上真空腔室；22、下真空腔室；23、气体入口；24、气体出口；25、控制器；26、气体产生装置；27、流量控制器；28、压力传感器；3、料斗；4、铺粉平台；5、成形缸；6、活塞；7、刮刀；8、抽真空设备；9、熔丝料盘；10、熔丝。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一本实施例提供一种增材制造装置，如图1所示，该增材制造装置包括射线发生装置1、成形室2、料斗3、铺粉平台4、成形缸5、活塞6以及刮刀7，其中：上述射线发生装置1设置在成形室2的顶部，上述料斗3设置在成形室2内且设置有至少一个，本实施例中，料斗3设置有两个对称的设置在成形室2的左右两侧，在料斗3内装有粉末材料。在料斗3下方设有上述铺粉平台4，料斗3内的粉末材料能够被输送至铺粉平台4上。在铺粉平台4上设有成形缸5，在该成形缸5中设有可上下运动的活塞6。在在铺粉平台4上方设有可移动的刮刀7，该刮刀7至少具有水平方向的运动自由度，其能够将铺粉平台4上的粉末材料刮至成形缸5的活塞6上，形成粉末层。本实施例中，上述刮刀7可以双向刮粉，即从左到右可以刮粉，从右到左也可以刮粉。在进行三维物体的打印制造时，首先，将三维物体的模型存储在计算机中，模型在计算机中被分层，并得到每一层的加工信息。三维物体的制造在成形室2中进行，料斗3向铺粉平台4上输送粉末材料，刮刀7在成形缸5的活塞6上方将粉末铺展成层，之后通过等射线发生装置1产生电子束20对粉末层预热和熔化，直至第一层粉末层完全熔化；第一层完成熔化后，活塞6下降一层，料斗3再次向铺粉平台4上输送粉末材料，刮刀7在成形缸5的活塞6上方将粉末铺展成薄层，形成第二层粉末层，通过射线发生装置1产生电子束20对粉末层预热和熔化，直至第二层粉末层完全熔化……如此循环，通过连续加工两层以上的粉末层构建三维实体。其中没有被熔化的粉末，可以被回收再利用。在本实施例中，可参照图1和图2，上述成形室2内部为真空环境，具体的，该成形室2包括相互连通的上真空腔室21以及下真空腔室22，其中上真空腔室21设置在成形室2的射线发生装置1处，下真空腔室22容置有上述料斗3、铺粉平台4以及成形缸5。上述上真空腔室21和下真空腔室22均连接于抽真空设备8，通过抽真空设备8，使得上真空腔室21以及下真空腔室22保持一定真空度，其中上真空腔室21的真空度能够防止射线发生装置1的阴极11在高温下被氧化，下真空腔室22的真空度能够防止粉末材料被电子束20加热或熔化时被氧化。本实施例中，上真空腔室21的气压为10-3-10-5Pa，下真空腔室22的气压为0.05-0.5Pa。本实施例中，具体的，可参照图2，在下真空腔室22处设有气体入口23和气体出口24，其中在气体入口23处设有连接于控制器25的气体产生装置26，该气体产生装置26用于产生惰性气体，其可以是气体发生装置或者气体存储装置。在气体出口24处连接有抽真空设备8，该抽真空设备8连接于控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造装置，包括射线发生装置(1)，其特征在于，所述射线发生装置(1)包括：阴极(11)，受热后能够逸出电子；激光器(12)，用于产生激光，所述激光用于加热所述阴极(11)；栅极(13)，用于汇聚所述电子形成电子束(20)；阳极(14)，位于所述阴极(11)下方且接地设置，所述阳极(14)中间开设有孔，所述阳极(14)和所述阴极(11)之间形成有用于使所述电子束(20)穿过所述孔的电位差。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造装置，包括射线发生装置(1)，其特征在于，所述射线发生装置(1)包括：阴极(11)，受热后能够逸出电子；激光器(12)，用于产生激光，所述激光用于加热所述阴极(11)；栅极(13)，用于汇聚所述电子形成电子束(20)；阳极(14)，位于所述阴极(11)下方且接地设置，所述阳极(14)中间开设有孔，所述阳极(14)和所述阴极(11)之间形成有用于使所述电子束(20)穿过所述孔的电位差。2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述射线发射装置还包括光纤(15)，所述光纤(15)连接于所述激光器(12)，用于传导所述激光。3.根据权利要求2所述的增材制造装置，其特征在于，所述射线发射装置还包括光纤固定头(16)，所述光纤固定头(16)连接于所述光纤(15)，用于使所述光纤(15)传导的激光垂直的加热所述阴极(11)。4.根据权利要求3所述的增材制造装置，其特征在于，所述光纤固定头(16)上设置有可拆卸的玻璃片，所述激光经所述玻璃片通过并加热所述阴极(11)。5.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，还包括高压电源(17)，所述高压电源(17)分别连接阴极(11)以及栅极(13)。6.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，还包括成形室(2)，所述成形室(2)内部为真空环境，所述激光器(12)位于所述成形室(2)的顶部外侧，所述阴极(11)、栅极(13)以及阳极(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，马旭龙，
申请(专利权)人：天津清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12