[发明专利]电子束源及其应用

说明书

提供一种用于产生电子束的电子束源，该电子束源包括阴极、阳极和用于调节电子束电流的栅极。阴极具有基部和具有侧壁和顶表面的突起。基部表面和顶表面基本上是平坦的。基部表面和顶表面彼此以预定距离布置。基部大于突起。电子束源还包括控制单元，用于改变施加到栅极的电压，以在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换电子束在目标表面上的斑点大小，第一斑点大小对应于仅从阴极的顶表面的发射，第二斑点大小对应于从阴极的顶表面和基部表面的发射。

技术领域

本发明的各种实施例涉及一种电子产生组件、一种电子束源和一种用于通过使用该电子束源依次熔化各层粉末材料来增材制造三维物体的方法。

背景技术

自由成型或增材制造是一种通过依次熔融施加于工作台的粉末层的所选部分而形成三维物体的方法。

增材制造装置可包括要在其上形成三维物体的工作台，布置成在工作台上放置薄粉末层以形成粉末床的粉末分配器或粉末分布器，用于向粉末输送能量以熔融粉末的高能束，控制由能量束释放在粉末床上的能量以通过熔融部分粉末床以形成三维物体的横截面的元件，和存储关于三维物体的连续横截面信息的控制计算机。三维物体是通过由粉末分配器连续放置的粉末层的连续形成的横截面的连续熔融而形成的。

设计电子束三极电子枪的高功率可能导致多数电子束电流/栅极电压(不是所有的)在强度和功率之间的权衡。发射面积的增加将降低在低电流条件下实现高光束强度的可能性。通过移动到LaB6/CeB6等高亮度晶体或使用肖特基电子枪，可以获得更大的功率。在许多应用中，特别是在增材制造中，存在的问题是：较大的阴极在低电子束电流条件下导致电子束强度较低。在电子束增材制造中，电子束源具有很大的功率变化是最重要的。低电子束电流(高强度)可用于网络结构和或轮廓，而高功率(低强度)可用于加热。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的是提供一种电子束源，它能够实现大电子束电流下的高功率和低强度以及低电子束电流下的高电子束强度。

在本发明的第一方面中，提供一种用于产生电子束的电子束源，电子束包括阴极、阳极和用于调节电子束电流的栅极，其中阴极具有基部和突起，该突起具有侧壁和顶表面，基部具有基本上与顶表面平行的基部表面，基部表面和顶表面基本上是平坦的并且面向阳极，基部表面和顶表面彼此以预定距离设置，基部大于突起，侧壁基本上垂直于基部表面和顶表面，电子束源还包括控制单元，控制单元适用于改变对栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换电子束在目标表面上的斑点大小，第一斑点大小对应于仅从阴极的顶表面的发射，第二斑点大小对应于从阴极的顶表面和基部表面的发射。

本发明的非限制性的优点是，通过聚焦线圈和/或像散线圈等束成形光学器件的一个和相同设置，可以在目标表面上实现第一和第二斑点大小。从基部表面和顶表面发射的电子基本上具有相同的束轨迹，因此可以用相同的束成形光学器件设置来聚焦和成形。

在本发明的另一个示例性实施例中，基部和突起是圆形的。

本实施例的非限制性的优点是，可以容易地检测目标表面上的电子束斑点中的任何缺陷。

在本发明的另一个示例性实施例中，突起的中心与基部元件的中心对齐。

本实施例的非限制性的优点是，所谓的鬼点可以对称地围绕熔点设置。在另一个实施例中，突起的中心与基部元件的中心不对齐。通过在扫描方向上布置不对称的突起，后加热或预加热可能或多或少具有区别。

在本发明的另一个示例性实施例中，顶表面和基部表面的预定距离为0.2-2mm。