[发明专利]电子束3D打印机

说明书

一种电子束3D打印机，包括室和操作室，所述室用于生成电子束且将所述电子束加速，金属粉末在所述操作室中融化，随后生成三维产品。用于生成电子束且将所述电子束加速的所述室容纳用于生成电子束的设备和用于将生成的电子束加速的设备，而所述操作室容纳用于沉积所述金属粉末的至少一个平台、金属粉末处理设备以及电子束偏转设备。用于生成的电子束的所述加速器设备包括由交替信号馈送的一系列共振腔。

技术领域

本发明涉及一种电子束3D打印机。

背景技术

在用于PBD金属(粉末层增材制造)的3D打印技术中，高功率密度热源被用于以选择性方式融化金属粉末。粉末的融化以局部性方式发生在某些特定区域中，在该区域中必须获得用于构建三维部件的密实材料。该部件通过将被逐渐沉积在其他粉末层顶部上的粉末层融化且随后固化而制成。

特别地，设想操作室的存在，粉末融化工艺发生在该操作室中的可控气氛中。在操作室内部存在一些能够控制粉末供应的处理装置。

通常情况下，某一量的粉末以现有技术中描述的许多方式中的一种方式沉积在先前厚度上，逐步覆盖待制成的物体。沉积在构造层上的粉末量取决于在热源的单次扫描期间使用的粉末层的厚度。

一旦构造层已经由期望厚度的粉末覆盖，则高功率密度热源被激活且被设定为在构造层上运动。显而易见地，如在3D打印的情况下，高功率密度热源在单层粉末上的运动取决于待制成的部件的几何结构和它如何由CAD/CAM软件分层(片)。一旦已经完成粉末层的整个表面的扫描，其中有必要获得固体区域和密实材料，则构造层向下移动约等于初始沉积的材料层的厚度的距离。根据被加工的材料类型，初始沉积在构造层上的粉末层与融化层的厚度之间的差异趋向于经历改变。此时，重复先前指示的操作，其中将连续粉末层沉积且将其局部性融化，仅仅需要构建一部分密致材料。

因此，高功率密度热源将粉末融化，仅仅需要具有密实材料，以便于创建部件，如CAD附图上指示的。

必须指出，整个选择性融化工艺在惰性气体环境(因其便宜经常使用的氮气，或在特别是反应材料(诸如钛)的情况下为氩气)中发生以限制氧化。

以上程序使用两种类型的高功率密度热源：(a)激光束以及(b)电子束。

激光束聚焦70μm与200μm之间的可变光斑，该可变光斑表示当前技术的对待融化粉末的下限。将创建的物品的精度水平以及执行速度与光斑尺寸相关联。通常，镱掺杂光纤源被用作激光源。生成的激光束特征是波长约等于1060nm-1070nm，其中功率在200W与400W之间变化。为了提高生产率，往往增加该功率，使其数值约为kW。一旦生成，激光束由透镜聚焦且由检流计系统移动的反光镜适当地偏离。使用的激光束的扫描速度具有从1m/s到约10m/s的数值。

本技术中采用的其他源是电子源，该电子源由电子枪产生，并由具有高达50kV-60kV电压的静电场加速。束的尺寸以及融化界限(melting definition)通常不小于200μm。本特性是由于空间电荷，即，沿着从枪到靶的路径发生的电子之间的相互排斥。

如本领域技术人员出于本能可见，本特性构成对使用作为高功率密度热源的电子束的限制。此外，如先前提到的，尝试增加热源的功率以提高生产率。这可以在静电枪中通过增加电流、以及空间电荷和其尺寸，或通过增加加速电压来实现。然而，上个选择具有某些技术限制，这是由于高电场，更确切地说由于放电电流和杂散电流的可能性，由于可能扰乱工艺的场效应。

总之，在当前技术允许的电压值下，空间电荷效应，即电子的相互排斥，仍然是不能克服的限制，这是因为它足以使束偏离从而不可能使光斑尺寸减小。基于以上理由，与电子束打印机相比，使用激光的打印机设法具有细节上更好的分辨率和更好的表面质量。