EBM主要有送粉、铺粉、熔化/烧结等工艺步骤,其系统结构如图9-17所示。EBM系统真空室内具有铺送粉机构、粉末回收箱及成形平台。同时,还包括电子枪系统、真空系统、控制系统和软件系统。
工作时,灯丝发射的电子被阳极电压加速,依次通过校准线圈、聚焦线圈和偏转线圈,作用在工作平台上。通过控制偏转线圈的电流,可以实现电子束的偏转扫描。工作平台上设置有活塞缸和铺粉器,用于逐层铺设粉末。
1.电子枪系统
电子枪系统是EBM设备提供能量的核心功能部件,直接决定EBM零件的成形质量。电子枪系统主要由电子枪、栅极、聚束线圈和偏转线圈组成。
1)电子枪
电子枪是加速电子的一种装置,能发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度的电子束。在电子枪中有钨灯丝,通过灯丝电流可以把灯丝加热到2 000℃以上。在这样高的温度下,电子可以自由地从灯丝中脱离,脱离的电子在阴极与阳极之间通过高电压(约60 000 V)形成的电磁场加速运动。电子束电流,也就是电子束中电子的数目由各种控制电极控制。
2)栅极
栅极是由金属细丝组成的筛网状或螺旋状电极。多极电子管中最靠近阴极的一个电极具有细丝网或螺旋线的形状,插在电子管另外两个电极之间,起控制板极电流强度、改变电子管性能的作用。
图9-17 EBM系统结构示意(www.daowen.com)
3)聚束线圈
聚束线圈由两部分以上组成,连同电位器成星形连接,恒流源供电,可以在保持电子束聚焦的条件下用电位器调整光栅的方位角。
4)偏转线圈
偏转线圈是由一对水平线圈和一对垂直线圈组成的。每一对线圈由两个圈数相同、形状完全一样的互相串联或并联的绕组组成。线圈的形状按要求设计制造而成。当分别给水平和垂直线圈通以一定的电流时,两对线圈分别产生一定的磁场。
2.真空系统
EBM整个加工过程是在真空环境下进行的。在加工过程中,成形舱内保持1×10-5 mbar的真空度,良好的真空环境保护了合金稳定的化学成分,并避免了合金在高温下氧化。真空系统主要由密封的箱体及真空泵组成,在EBM设备中,为了实时观察成形效果,在真空室上还需要留有观察窗口。
3.控制系统
控制系统主要包括扫描控制系统、运动控制系统、电源控制系统、真空控制系统和温度检测系统等。电动机控制通常采用运动控制卡实现;电源控制主要采用控制电压和电流的大小来控制束流能量的大小;温度控制采用A/D信号转换单元实现,通过设定温度值和反馈温度值调节加热系统的电流或电压。
4.软件系统
EBM设备要有专用软件系统实现CAD模型处理(纠错、切片、路径生成、支撑结构等)、运动控制(电动机)、温度控制(基底预热)、反馈信号处理(如氧含量、压力等)等功能。商品化EBM设备一般都有自带的软件系统。
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