一种电子束3D打印系统及其使用方法与流程

一种电子束3d打印系统及其使用方法
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种电子束3d打印系统及其使用方法。


背景技术：

2.由于电子与物质相互作用的特性，电子束越来越广泛的应用在工业辐照、科研和消毒灭菌等领域。电子束的获得一般是通过加热灯丝，在灯丝周围形成电子云，然后使用电场加速的方式将电子拉出从而形成电子束。近几年，电子束3d打印也有快速的发展，电子束3d打印目前主流的有两种方式，一种是使用粉末进行逐层加工，适合打印比较大的工件，另外一种方式是将材料做成丝状，使用电子束直接热熔堆叠的方式进行加工，适合打印精度要求比较高的材料。
3.但是由于电子在空气中的自由程比较短，当前使用这两种原理进行3d打印的设备都需要将打印原材料和整个打印装置放入真空中进行，成本比较高，且体积较大，因此，亟需设计一种电子束3d打印系统及其使用方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.基于现有3d打印的设备都需要将打印原材料和整个打印装置放入真空中进行，成本比较高，且体积较大的技术问题，本发明提出了一种电子束3d打印系统及其使用方法。
5.本发明提出的一种电子束3d打印系统，包括电子发射模块、电子处理模块、喷粉模块和操作模块，所述电子发射模块包括电子束源、阴极和电子，电子从电子束源的阴极中被发射而出，所述电子发射模块位于真空环境内部，所述电子处理模块包括束流和聚焦模块，所述电子处理模块位于电子发射模块和操作模块之间。
6.优选地，所述操作模块包括第一原材料和操作平台，且第一原材料放置于操作平台表面。
7.优选地，所述束流和聚焦模块位于真空环境外部，所述束流和聚焦模块位置灵活布置，且灵活步骤后的束流和聚焦模块输出有处理后电子。
8.优选地，所述电子束源设置有多个，且每两个电子束源进行一个排列。
9.优选地，所述电子束源的阴极外部设置有栅控制模块。
10.优选地，所述操作模块设置有控制模块，且控制模块设置有第二原材料，所述第二原材料放置于操作平台表面。
11.一种电子束3d打印系统的使用方法，具体包括以下步骤：
12.s1：首先，电子束源处的阴极产生电子，电子经过电场被加速，通过电子束源上的窗口射出真空，在窗口外有一系列束流操作和聚焦模块，电子在经过束流操作和聚焦模块后得到需要的电子束形状，对需要3d打印的位于操作平台上的第一原材料进行热熔化，从而进行3d打印，操作平台能够带动第一原材料移动和升降，使打印处理的产品符合所需要求，并且在打印时喷粉模块对第一原材料进行喷粉。
13.s2：在3d打印时，束流操作和聚焦模块均安装在真空外，通过灵活布置这些模块，
可以灵活精确的控制焦点位置和焦点大小，容易实现高精度的束流操作，并节省空间。
14.s3：在3d打印时，可以使用多个电子束源，用来增强束流密度，并且将每两个电子束源进行一个排列，采用比较方便真空外置聚焦的方式实现多个电子束源共同使用。
15.s4：在阴极的外部设置栅控制模块，对发射面积进行调整，高精度控制照射电子束横截面，并且可以脉冲控制电子束流，实现能量密度精确控制，对温度敏感材料也可以实现3d打印。
16.s5：在3d打印时，设置的控制模块能够产生丝状或片状的第二原材料，将第二原材料平铺在操作平台表面，使用电子束进行轰击加热，电子束源随着位置移动改变电压和电流大小，能够产生不同功率的能量以及不同的能量密度，打印出更高精度的产品。
17.与现有技术相比，本发明提供了一种电子束3d打印系统及其使用方法，具备以下有益效果：
18.1、该电子束3d打印系统及其使用方法，使用一种电子束可以穿过的薄膜进行封真空，将电子束引出到空气中，然后进行后续操作，从而避免了电子束3d打印必须在真空中进行的苛刻条件，并且因为摆脱了真空环境，可以灵活的布置多种电子束源以及束流和聚焦模块，可以精确的控制焦点位置和焦点大小，容易实现高精度的束流操作，节省空间，非常适合安装在产线上进行批量生产。
19.2、该电子束3d打印系统及其使用方法，通过设置的栅控制模块，增加栅控制，对发射面积进行调整，高精度控制照射电子束横截面。并且可以脉冲控制束流，实现能量密度精确控制，对温度敏感材料也可以实现3d打印。
20.3、该电子束3d打印系统及其使用方法，在整个电子束3d打印过程中，电压大小可以自由控制和调整，能够根据材料的种类以及材料的大小进行精细控制电压，流强和照射面积。
21.4、改电子束3d打印系统及其使用方法，设置的控制模块能够产生丝状或片状的第二原材料，将第二原材料平铺在操作平台表面，使用电子束进行轰击加热，电子束源随着位置移动改变电压和电流大小，能够产生不同功率的能量以及不同的能量密度，打印出更高精度的产品。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的系统示意图；
23.图2为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的整体示意图；
24.图3为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的束流和聚焦模块示意图；
25.图4为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的多种电子束源示意图；
26.图5为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的栅控制模块示意图；
27.图6为本发明提出的一种电子束3d打印系统及其使用方法的实施例2整体示意图。
28.图中：1、电子束源；2、阴极；3、电子；4、束流和聚焦模块；5、喷粉模块；6、第一原材料；7、操作平台；8、控制模块；9、第二原材料；10、处理后电子；11、栅控制模块。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.实施例1
32.参照图1-5，一种电子束3d打印系统，包括电子发射模块、电子处理模块、喷粉模块5和操作模块，电子发射模块包括电子束源1、阴极2和电子3，电子3从电子束源1的阴极2中被发射而出，电子发射模块位于真空环境内部，电子处理模块包括束流和聚焦模块4，电子处理模块位于电子发射模块和操作模块之间。
33.本发明中，操作模块包括第一原材料6和操作平台7，且第一原材料6放置于操作平台7表面。
34.本发明中，束流和聚焦模块4位于真空环境外部，束流和聚焦模块4位置灵活布置，且灵活步骤后的束流和聚焦模块4输出有处理后电子10。
35.本发明中，电子束源1设置有多个，且每两个电子束源1进行一个排列。
36.本发明中，电子束源1的阴极2外部设置有栅控制模块11。
37.一种电子束3d打印系统的使用方法，具体包括以下步骤：
38.s1：首先，电子束源1处的阴极2产生电子3，电子3经过电场被加速，通过电子束源1上的窗口射出真空，在窗口外有一系列束流操作和聚焦模块4，电子在经过束流操作和聚焦模块4后得到需要的电子束形状，对需要3d打印的位于操作平台7上的第一原材料6进行热熔化，从而进行3d打印，操作平台7能够带动第一原材料6移动和升降，使打印处理的产品符合所需要求，并且在打印时喷粉模块5对第一原材料6进行喷粉。
39.s2：在3d打印时，束流操作和聚焦模块4均安装在真空外，通过灵活布置这些模块，可以灵活精确的控制焦点位置和焦点大小，容易实现高精度的束流操作，并节省空间。
40.s3：在3d打印时，可以使用多个电子束源1，用来增强束流密度，并且将每两个电子束源1进行一个排列，采用比较方便真空外置聚焦的方式实现多个电子束源共同使用。
41.s4：在阴极2的外部设置栅控制模块11，对发射面积进行调整，高精度控制照射电子束横截面，并且可以脉冲控制电子束流，实现能量密度精确控制，对温度敏感材料也可以实现3d打印。
42.实施例2
43.参照图6，一种电子束3d打印系统，还包括操作模块设置有控制模块8，且控制模块8设置有第二原材料9，第二原材料9放置于操作平台7表面。
44.一种电子束3d打印系统的使用方法，具体包括以下步骤：
45.在第一步中，操作模块中还设置有控制模块8，控制模块8能够产生丝状或片状的第二原材料9，将第二原材料9平铺在操作平台7表面，使用电子束进行轰击加热，电子束源1随着位置移动改变电压和电流大小，能够产生不同功率的能量以及不同的能量密度，打印出更高精度的产品。
46.本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
47.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。