本發(fā)明屬于電子束加工領(lǐng)域，可用于電子束焊接，熔覆及金屬3D打印等加工過程，特別提供一種多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)及加工方法。

背景技術(shù)：

電子束加工的原理：是電子束和所需熔化的金屬材料同時傳送至加工位置，使得金屬材料在工件表面均勻，準(zhǔn)確，連續(xù)不間斷，所輸送的金屬材料在電子束的打擊下熔化并形成熔池，完成材料的快速熔化及快凝的過程，從而實(shí)現(xiàn)電子束的焊接，熔覆及金屬3D打印等加工過程。國內(nèi)外主要采用重力送粉和側(cè)向送絲的方式。

如圖3所示，為比較典型的重力送粉結(jié)構(gòu)，重力送粉裝置包括在電子束槍1側(cè)面平均分布的送粉管8，為保證送粉速率的均勻性，還設(shè)有振動器或旋轉(zhuǎn)式流量控制器9及儲粉容器10。在加工過程中，電子束3經(jīng)過加速聚焦后打到工件5表面，動能轉(zhuǎn)化為熱能，工件5表面形成熔池6，同時送粉器將粉末11送入熔池6內(nèi)。重力送粉器的成本低，制作簡單，控制操作容易，同時能夠保證電子束在沿不同方向掃描時加工效果的一致性，因此在電子束加工過程中較為常見，但是重力送粉器無法精確控制送粉的均勻性，并且粉末利用率也很低，經(jīng)常會出現(xiàn)堵粉的現(xiàn)象，需要破開真空進(jìn)行清理，這大大提高了真空下加工工件的成本，未熔化的粉末黏在工件表面從而影響工件的加工質(zhì)量，這些缺點(diǎn)都是急待解決的問題。

如圖4所示，與重力送粉方式相比，側(cè)向送絲裝置能夠精確控制送入金屬材料的均勻性，材料利用率提高，而且絲材12的價格成本相對粉末也較低，側(cè)向送絲系統(tǒng)大大改善了重力送粉的諸多缺點(diǎn)。側(cè)向送絲系統(tǒng)也存在較大的缺點(diǎn)，在加工過程中，電子束3經(jīng)過加速、聚焦、偏轉(zhuǎn)后打到工件5表面，形成熔池6，同時與電子束成一定角度的原送絲系統(tǒng)13將絲送入熔池6內(nèi)。由于電子束束斑的能量分布的不均勻性，絲材在熔池內(nèi)所得到能量不同，從而導(dǎo)致熔池凝固的形狀，尺寸，表面粗糙度等的不同，大大影響工件的加工質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)及加工方法，實(shí)現(xiàn)多個電子束槍沿中心軸線圓周平均點(diǎn)陣分布，保證在加工過程中，電子束在不同方向上能量分布的均勻性及加工質(zhì)量的一致性，金屬絲材與電子束的對準(zhǔn)更加容易，加工過程中送絲系統(tǒng)與電子束系統(tǒng)互不干涉，加工過程連續(xù)穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)，包括：多個電子束槍1和送絲系統(tǒng)2，所述電子束槍1包括電子束發(fā)生系統(tǒng)1a、電子束加速系統(tǒng)1b、電子束聚集系統(tǒng)1c和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d，所述送絲系統(tǒng)2包括送絲管2a和送絲嘴2b，所述送絲嘴2b連接于送絲管2a下部，所述送絲管2a和送絲嘴2b設(shè)于結(jié)構(gòu)中心軸線上，所述多個電子束槍1沿中心軸線圓周平均點(diǎn)陣分布。

優(yōu)選的，所述電子束槍1數(shù)量為2個、3個或4個。

優(yōu)選的，所述電子束聚集系統(tǒng)1c包括1個或多個聚焦線圈。

優(yōu)選的，所述電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d包括1個或多個偏轉(zhuǎn)線圈。

優(yōu)選的，所述電子束加工系統(tǒng)還包括控制箱，所述控制箱內(nèi)設(shè)有輝光放電電源、高壓電源、聚焦電源和偏轉(zhuǎn)電源。

一種電子束加工方法通過電子束發(fā)生系統(tǒng)1a產(chǎn)生大量電子，電子束3經(jīng)過永磁體4聚焦后再經(jīng)過電子束加速系統(tǒng)1b加速，加速后的電子束再經(jīng)過電子束聚集系統(tǒng)1c和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d進(jìn)行聚焦及偏轉(zhuǎn)后從電子束槍1中發(fā)出，打到工件5上的一點(diǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而形成熔池6，金屬絲7通過送絲管2a及送絲嘴2b送入熔池6中，多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)固定不動，通過工作平臺或機(jī)械手的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)電子束的加工過程。

本發(fā)明具有以下有益的效果：

本發(fā)明可保證工件表面形成熔池時的熔池內(nèi)的能量分布均勻性較好，結(jié)構(gòu)簡單，操作控制容易，維修維護(hù)成本低，電子束與送絲系統(tǒng)互不干涉，可確保加工的順利穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電子束加工系統(tǒng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中電子束槍的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為現(xiàn)有重力送粉裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有側(cè)面送絲裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、電子束槍；1a、電子束發(fā)生系統(tǒng)；1b、電子束加速系統(tǒng)；1c、電子束聚集系統(tǒng)；1d、電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)；2、送絲系統(tǒng)；2a、送絲管；2b、送絲嘴；3、電子束；4、永磁體；5、工件；6、熔池；7、金屬絲；8、送粉管；9、振動器或旋轉(zhuǎn)式流量控制器；10、儲粉容器；11、粉末；12、絲材；13、原送絲系統(tǒng)；14、中線軸線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1-2所示，一種多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)，包括：多個電子束槍1和送絲系統(tǒng)2，電子束槍1包括電子束發(fā)生系統(tǒng)1a、電子束加速系統(tǒng)1b、電子束聚集系統(tǒng)1c和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d，送絲系統(tǒng)2包括送絲管2a和送絲嘴2b，送絲嘴2b連接于送絲管2a下部，送絲管2a和送絲嘴2b設(shè)于結(jié)構(gòu)中心軸線上，多個電子束槍1沿中心軸線圓周平均點(diǎn)陣分布。

電子束發(fā)生系統(tǒng)1a由空心陰極和柱形陽極組成，向空心陰極中通入氣體，氣體在低壓作用下輝光放電產(chǎn)生電子，電子束加速系統(tǒng)1b由發(fā)射陰極及發(fā)射陽極組成，在他們之間加上高壓(30KV)可將跑出空心陰極的電子加速，電子束聚集系統(tǒng)1c的聚焦線圈為將加速電子聚焦為一個點(diǎn)，從而達(dá)到將能量聚焦到一個點(diǎn)，電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d的偏轉(zhuǎn)線圈為將所聚焦電子做偏轉(zhuǎn)處理，從而使電子束能夠準(zhǔn)確的打到所加工工件的加工位置及送絲位置。

電子束加工系統(tǒng)還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)有輝光放電電源、高壓電源、聚焦電源和偏轉(zhuǎn)電源。

基于以上電子束加工系統(tǒng)的電子束加工方法為：通過電子束發(fā)生系統(tǒng)1a對氣體放電產(chǎn)生大量電子，電子束3經(jīng)過永磁體4聚焦后再經(jīng)過電子束加速系統(tǒng)1b加速，加速后的電子束再經(jīng)過電子束聚集系統(tǒng)1c進(jìn)行兩次聚焦后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)區(qū)域，再經(jīng)過電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1d進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)后，電子束3從電子束槍1內(nèi)跑出，轟擊到工件5表面，高速電子的動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使工件5的表面熔化并在送絲嘴2b下形成熔池6，同時金屬絲7通過送絲管2a及送絲嘴2b送入熔池6中，多電子束中心送絲的電子束加工系統(tǒng)固定不動，通過工作平臺或機(jī)械手的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)電子束的加工過程。

加工過程中驅(qū)動系統(tǒng)按照所需打印工件的形狀驅(qū)動四軸加工平臺運(yùn)動，送絲系統(tǒng)2將金屬絲7送入熔池6內(nèi)，連續(xù)均勻不間斷，由于由兩槍及以上電子束槍1同時掃描金屬絲7，使絲材在多電子束3的中心能量均勻區(qū)內(nèi)，金屬絲7所接收熱量較均勻，從而保證所打印金屬各個部位質(zhì)量的一致性，逐層打印沉積，從而實(shí)現(xiàn)金屬3D打印成型。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。