電子束快速成型機(jī)聚焦及偏掃系統(tǒng)的工程實現(xiàn)

　　闡述了電子束快速成型機(jī)聚焦及偏掃系統(tǒng)在工程上所遇到的幾個問題及解決方法。主要有：制造工藝引起s、t軸偏掃不垂直，通過斜角坐標(biāo)和直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)互換算來解決此問題;電子束偏轉(zhuǎn)后束斑散焦，采用以電子束偏轉(zhuǎn)位置為因變量校正聚焦勵磁電流來解決此問題;電子束聚焦校正勵磁電流與反映位置的s、t軸偏掃勵磁電流之間存在非線性，采用偏掃場按扇形分區(qū)，試驗獲取特征點參數(shù)數(shù)據(jù)，區(qū)域內(nèi)每點參數(shù)按線性近似處理;磁路動態(tài)損耗影響聚焦補(bǔ)償精度和偏掃精度，勵磁電源指令電壓采用比例-微分輸入方式加以解決。試驗結(jié)果表明電子束斑的均勻性和偏掃精度均明顯優(yōu)于無補(bǔ)償系統(tǒng)。

　　金屬零件3D打印技術(shù)作為整個3D打印體系中最為前沿和最具潛力的技術(shù)，是目前先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，金屬零件3D打印技術(shù)主要包括激光工程化凈成形技術(shù)、激光選區(qū)熔化技術(shù)和電子束選區(qū)熔化技術(shù)。其中電子束快速成型較激光快速成型具有能量利用率高、可應(yīng)用材料廣泛、真空環(huán)境無污染、成形速度快等優(yōu)勢，已在金屬零件快速成型領(lǐng)域中得到應(yīng)用。電子束快速成型的選區(qū)熔化成形工藝是：先在鋪粉平面上鋪展一層粉末并壓實;然后，電子束在計算機(jī)的控制下按照斷面輪廓的信息進(jìn)行有選擇的熔化，層層堆積，直至整個零件全部熔化完成;最后，去除多余的粉末得到所需的三維零件。在此過程，電子束完成斷面偏掃，電子束快速成型工藝對聚焦和偏掃的精度提出了較高的要求，且要求偏掃頻率也較高。本文介紹電子束快速成型機(jī)聚焦及偏掃系統(tǒng)幾個工程問題的解決方法。

　　1、電子束聚焦和偏掃的原理

　　電子束快速成型設(shè)備采用磁聚焦和磁偏掃方式。電子束通過聚焦裝置后沿軸方向短透鏡像方空間的焦距、加速電壓和聚焦電流的關(guān)系為

　　4、結(jié)論

　　(1)直角坐標(biāo)和斜角坐標(biāo)變換，有效校正偏掃裝置制造誤差，提高了電子束偏掃軌跡的精度。

　　(2)為消除各種非線性影響，在偏掃場內(nèi)采用扇形分區(qū)，根據(jù)各小區(qū)邊界特征點的聚焦電流和偏轉(zhuǎn)電流參數(shù)的數(shù)據(jù)，按線性變化規(guī)律計算小區(qū)域內(nèi)任意點的聚焦電流和偏轉(zhuǎn)電流參數(shù)，獲得較高的精度。

　　(3)聚焦裝置和偏掃裝置的導(dǎo)磁框架采用非晶軟磁材料粉末和環(huán)氧樹脂澆注固化后經(jīng)機(jī)加工完成，既降低了磁路的動態(tài)損耗(即降低了工作頻率對勵磁電流與工作磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)關(guān)系的影響)又能提高工作頻率。

　　(4)聚焦副繞組和偏掃兩繞組的勵磁電源的控制電路都采用比例-微分輸入形式，進(jìn)一步抑制工作頻率對勵磁指令信號與工作磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)關(guān)系的影響。