具备在线监测功能的电子束快速成型设备的制作方法

本实用新型涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及具备在线监测功能的电子束快速成型设备。

背景技术：

电子束快速成形技术是最近发展起来的一种新兴技术，其利用了金属粉料在电子束轰击下熔化的原理，通过分层选区扫描熔化的方式来完成零件的加工过程。电子束快速成形具有能量利用率高、可用材料来源广泛和成形速度高等优势。加工时，装粉箱将金属粉料送到铺粉平台上，铺粉器把铺粉平台上的粉料均匀地铺展到成形缸的成形面上。电子枪在计算机的控制下发射的电子束被聚焦在成形件的成形面上，并按照截面轮廓信息进行有选择的烧结。金属粉料在电子束的轰击下被烧结在一起，并与下层已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件全部烧结完成。

电子束快速成形过程会偶然发生金属液飞溅或金属粉溃散等现象，这些现象将造成工件缺陷甚至报废。电子束快速成形过程有必要对制造工件进行实时在线监测，并在出现缺陷及时修补或报警警示。目前，最常用的监测手段就是光学图像处理技术，但电子束快速成形工作在真空环境，产生的金属蒸汽逐渐污染光路系统，光学监测装置就会变得模糊不清。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有电子束快速成形过程所采用的光学监控手段易受污染的问题，提供一种具备在线监测功能的电子束快速成型设备。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

具备在线监测功能的电子束快速成型设备，包括中央控制单元、电子枪电源、偏扫电源、工作台电源、电子枪、工作室、装粉箱和工作台；工作室为密闭的真空腔体；装粉箱和工作台设置在工作室之内，且装粉箱位于工作台的上方；电子枪设置在工作室之外，且电子枪发出的电子束进入工作室并聚焦在工作台的铺粉平台表面；中央控制单元经电子枪电源连接电子枪；中央控制单元经偏扫电源连接电子枪内的偏扫装置；中央控制单元经工作台电源连接工作台；中央控制单元连接装粉箱；其不同之处是，还进一步包括二次电子收集器和二次电子变送器；二次电子收集器设置在工作室之内，并处于工作室的电子束入口处；二次电子变送器设置在工作室之外；二次电子收集器经由二次电子变送器与中央控制单元连接。

上述方案中，偏扫装置设置在电子枪的出口端。

上述方案中，电子枪电源包括阴极加热电源、加速高压电源、栅偏电源和聚焦电源。

上述方案中，工作台包括铺粉器、铺粉平台、成形缸和升降装置。

与现有技术相比，本实用新型利用二次反射电子信号对电子束快速成型设备制造元件过程进行质量在线监测，从而克服了光学监测手段易受污染的缺点。

附图说明

图1为具备在线监测功能的电子束快速成型设备的结构示意图。

图2为图1中电子束快速成型设备电子束扫描区域示意图。

图中标记：1、中央控制单元；2、电子枪电源；3、偏扫电源；4、二次电子变送器；5、工作台电源；6、电子枪；61、偏扫装置；7、工作室；8、二次电子收集器；9、装粉箱；10、工作台；11、电子束；12、电子束扫描区域；13、制造层。

具体实施方式

一种具备在线监测功能的电子束快速成型设备，如图1所示，主要由中央控制单元1、电子枪电源2、偏扫电源3、二次电子变送器4、工作台电源5、电子枪6、工作室7、二次电子收集器8、装粉箱9和工作台10组成。工作室7为密闭的真空腔体；装粉箱9、工作台10和二次电子收集器8设置在工作室7之内。装粉箱9位于工作台10的上方。二次电子收集器8处于工作室7的电子束11入口处。电子枪6和二次电子变送器4设置在工作室7之外。电子枪6发出的电子束11进入工作室7并聚焦在工作台10的铺粉平台表面。二次电子收集器8经由二次电子变送器4与中央控制单元1连接。中央控制单元1经电子枪电源2连接电子枪6；中央控制单元1经偏扫电源3连接电子枪内的偏扫装置61；中央控制单元1经工作台电源5连接工作台10；中央控制单元1连接装粉箱9。二次电子收集器8接收电子束11微束扫描过程中电子束扫描区域12的各个轨迹点所产生的二次电子信息；二次电子变送器4对上述二次电子信息进行整形放大后送入中央控制单元1；中央控制单元1对同步记录的二次电子信号进行分析处理，判断制造层13是否存在缺陷。

中央控制单元1：承担整台设备的控制与监测，包括电子束11参数的设定、工件三维CAD模型进行分层切片的数据处理等。此外，中央控制单元1还对同步记录的二次电子信号进行分析处理，判断制造层13是否存在缺陷。

电子枪电源2：包括电子枪6的阴极加热电源、电子束11的加速高压电源、电子束11控制栅偏电源和聚焦电源等。

偏扫电源3：提供电子枪6的偏扫装置61中x偏扫绕组和y偏扫绕组的驱动电源。

二次电子变送器4：接收二次电子收集器8信号，通过整形放大送达中央控制单元1。

工作台电源5：供给工作台10中工件升降电机及铺粉电机供电。

电子枪6：产生电子束11的装置，在电子枪6的出口端设置xy平面偏扫装置61。

工作室7：由25～30mm厚的钢板焊接加工而成，工作室7的壁、门及壁、门上所开的窗和孔都需能耐1个大气压力，同时具备真空密封和防X射线泄漏功能。

二次电子收集器8：二次电子收集器8安装在工作室7内部，电子束11入口处；二次电子收集器8接收电子束11扫描过程产生的二次电子信息。

装粉箱9：装粉箱9安装在工作室7内部，内装待制造工件的粉料，由中央控制单元1控制出粉时间及出粉量。

工作台10：由铺粉器、铺粉平台、成形缸和升降装置组成。铺粉平台处于工作室7的中部，并通过支撑杆与工作室7的底部连接；铺粉器活动置于铺粉平台上表面；铺粉平台位于装粉箱9的下方；成形缸固定在铺粉平台的下表面；成形缸的内部设有升降台，升降台底部设有升降杆，该升降杆通过动密封结构延伸至工作室7外。