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高壓放大器在電子束增材制造聚焦消像散控制技術(shù)研究的應(yīng)用

測試技術(shù)分享 ? 來源:測試技術(shù)分享 ? 作者:測試技術(shù)分享 ? 2023-01-03 17:35 ? 次閱讀
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實(shí)驗(yàn)名稱:高壓放大器在電子束增材制造聚焦消像散控制技術(shù)研究的應(yīng)用

研究方向:增材制造

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

電子束選區(qū)熔化技術(shù),即電子束3D打印技術(shù),屬于金屬增材制造的分支。該技術(shù)以電子束為熱源,在計(jì)算機(jī)控制下以預(yù)設(shè)軌跡掃描融化粉末,逐層堆疊,形成致密的三維零件。該技術(shù)可以制造醫(yī)用金屬多孔結(jié)構(gòu),如人造關(guān)節(jié),并可根據(jù)計(jì)算機(jī)模型方便地調(diào)節(jié)孔形貌、孔結(jié)構(gòu)等參數(shù),與人骨力學(xué)性能匹配。為保證多孔結(jié)構(gòu)制作的高精度要求,電子束需要在整個(gè)加工范圍內(nèi)保持足夠的熱功率密度,即在固定加速電壓的情況下,保持小束徑。但由于電子光學(xué)像差的影響,束斑直徑通常隨著偏轉(zhuǎn)角度的增大而增大,同時(shí)形狀逐漸改變,這可能導(dǎo)致大尺寸工件加工精度下降問題,同時(shí)產(chǎn)生夾渣和氣孔現(xiàn)象,因此需要調(diào)節(jié)束斑質(zhì)量。

測試設(shè)備:上位機(jī)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,ATA-4315高壓放大器、燈絲、對中線圈、消像散線圈、主聚焦線圈、輔助聚焦線圈、偏轉(zhuǎn)線圈、板材箱、基板、升降臺、二次電子探測板等。

poYBAGOz-CuAReOnAACW0ThSj2A830.jpg

圖:電子束增材制造設(shè)備控制系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)過程:

電子束3D打印設(shè)備光柱體及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示。所使用的線圈均為磁線圈。電子束由燈絲引出,在各線圈的磁場作用下,聚焦、偏轉(zhuǎn),最終會聚于工件表面。其中,主聚焦線圈電感較大,采用恒流源進(jìn)行控制。動態(tài)調(diào)節(jié)部分由電感小得多的空心輔助聚焦線圈完成,控制器接受上位機(jī)的指令,控制電子束按預(yù)設(shè)軌跡掃描,在改變電子束位置的同時(shí),查詢聚焦消像散校正表,動態(tài)調(diào)節(jié)通入輔助聚焦線圈、消像散線圈的電流,達(dá)到動態(tài)聚焦、消像散的目的。二次電子探測板收集反射電子,用以成像,其圖像清晰度可以反映束板的質(zhì)量。

在電子光學(xué)領(lǐng)域,像差理論常用于分析電子在電場和磁場中的運(yùn)動軌跡,實(shí)際運(yùn)動軌跡和高斯軌跡的偏差,即為像差,按照類別可分為球差、慧差、場曲(散焦)、像散、畸變、色差。實(shí)際上,3D打印設(shè)備的電子束都在百微米量級,應(yīng)考慮散焦和像散等對束徑影響較大的低階像差。散焦和像散的表達(dá)式如下:

poYBAGOz-DaAXYl3AAAp407D0VA447.jpg

圖:散焦和像散的表達(dá)式

由此式可知,散焦和像散受到偏轉(zhuǎn)距離和方向的影響,無偏轉(zhuǎn)時(shí),沒有散焦和像散,此時(shí)束斑質(zhì)量最佳,當(dāng)電子束偏轉(zhuǎn)時(shí),散焦和像散大小隨偏轉(zhuǎn)位置而改變。因此需要對不同位置的電子束進(jìn)行校正。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

pYYBAGOz-EaAe6fPAACzHjliJEg322.jpg

圖:實(shí)驗(yàn)對比圖像

(1)采用動態(tài)聚焦、消像散控制技術(shù)能夠有效地提高束斑質(zhì)量,校準(zhǔn)后,電子束增材制造設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)12°以內(nèi)清晰成像,成功將圖像EOG值由0.81提高至1。大偏轉(zhuǎn)角下,電子束受到像散像差的影響,形狀發(fā)生畸變,因此電子圖像會在某一方向獲得很高的分辨率,但在其他方向上較為模糊。消像散之后,電子圖像各方向清晰度一致,束斑形狀得到改善。

(2)動態(tài)聚焦無法有效改善束斑形狀,但可以減小束斑直徑,增強(qiáng)電子圖像某一方向的清晰度。

安泰ATA-4315高壓放大器:

pYYBAGOz9wiAKsnNAACEh3gJtN4814.png

圖:ATA-4315高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線,且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商,樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯:湯梓紅

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