CN111712898B - 电子束源及其应用 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于产生电子束的电子束源，该电子束源包括阴极、阳极和用于调节电子束电流的栅极。阴极具有基部和具有侧壁和顶表面的突起。基部表面和顶表面基本上是平坦的。基部表面和顶表面彼此以预定距离布置。基部大于突起。电子束源还包括控制单元，用于改变施加到栅极的电压，以在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换电子束在目标表面上的斑点大小，第一斑点大小对应于仅从阴极的顶表面的发射，第二斑点大小对应于从阴极的顶表面和基部表面的发射。
Description
技术领域
本发明的各种实施例涉及一种电子产生组件、一种电子束源和一种用于通过使用该电子束源依次熔化各层粉末材料来增材制造三维物体的方法。
背景技术
自由成型或增材制造是一种通过依次熔融施加于工作台的粉末层的所选部分而形成三维物体的方法。
增材制造装置可包括要在其上形成三维物体的工作台，布置成在工作台上放置薄粉末层以形成粉末床的粉末分配器或粉末分布器，用于向粉末输送能量以熔融粉末的高能束，控制由能量束释放在粉末床上的能量以通过熔融部分粉末床以形成三维物体的横截面的元件，和存储关于三维物体的连续横截面信息的控制计算机。三维物体是通过由粉末分配器连续放置的粉末层的连续形成的横截面的连续熔融而形成的。
设计电子束三极电子枪的高功率可能导致多数电子束电流/栅极电压(不是所有的)在强度和功率之间的权衡。发射面积的增加将降低在低电流条件下实现高光束强度的可能性。通过移动到LaB6/CeB6等高亮度晶体或使用肖特基电子枪，可以获得更大的功率。在许多应用中，特别是在增材制造中，存在的问题是：较大的阴极在低电子束电流条件下导致电子束强度较低。在电子束增材制造中，电子束源具有很大的功率变化是最重要的。低电子束电流(高强度)可用于网络结构和或轮廓，而高功率(低强度)可用于加热。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供一种电子束源，它能够实现大电子束电流下的高功率和低强度以及低电子束电流下的高电子束强度。
在本发明的第一方面中，提供一种用于产生电子束的电子束源，电子束包括阴极、阳极和用于调节电子束电流的栅极，其中阴极具有基部和突起，该突起具有侧壁和顶表面，基部具有基本上与顶表面平行的基部表面，基部表面和顶表面基本上是平坦的并且面向阳极，基部表面和顶表面彼此以预定距离设置，基部大于突起，侧壁基本上垂直于基部表面和顶表面，电子束源还包括控制单元，控制单元适用于改变对栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换电子束在目标表面上的斑点大小，第一斑点大小对应于仅从阴极的顶表面的发射，第二斑点大小对应于从阴极的顶表面和基部表面的发射。
本发明的非限制性的优点是，通过聚焦线圈和/或像散线圈等束成形光学器件的一个和相同设置，可以在目标表面上实现第一和第二斑点大小。从基部表面和顶表面发射的电子基本上具有相同的束轨迹，因此可以用相同的束成形光学器件设置来聚焦和成形。
在本发明的另一个示例性实施例中，基部和突起是圆形的。
本实施例的非限制性的优点是，可以容易地检测目标表面上的电子束斑点中的任何缺陷。
在本发明的另一个示例性实施例中，突起的中心与基部元件的中心对齐。
本实施例的非限制性的优点是，所谓的鬼点可以对称地围绕熔点设置。在另一个实施例中，突起的中心与基部元件的中心不对齐。通过在扫描方向上布置不对称的突起，后加热或预加热可能或多或少具有区别。
在本发明的另一个示例性实施例中，顶表面和基部表面的预定距离为0.2-2mm。
本实施例的非限制性的优点是，栅极电压变化的灵敏度可以通过不同的距离来选择。距离越小，阴极对栅极电压的变化越敏感，这反过来可能导致不同的电子束斑点大小。通过增加距离，在从仅从顶表面发出电子束转变到从顶表面加上基部表面发出的电子之前，可以允许更多的栅极电压变化。大距离将在基部表面开始向目标表面的电子束斑点添加电子之前，增加仅从顶表面的电子束电流范围。
在本发明的另一个方面中，提供了一种通过依次沉积各层粉末材料以形成三维物体的装置，各层粉末材料被熔融在一起以形成物体，其中装置包括根据上述任一实施例描述的电子束源。
本实施例的优点是，电子束斑点在制造过程中可以非常快速地因不同目的在不同的斑点大小之间切换，而不需要改变束成形光学器件的设置。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于电子束源的电子束产生组件，该组件包括阴极、栅极、用于阴极的加热电路，阴极和栅极彼此电绝缘地设置，其中阴极具有基部和突起，该突起具有侧壁和顶表面，基部的基部表面和顶表面基本上彼此平行，基本上是平坦的并且面向下，基部表面和顶表面彼此以预定距离设置，基部表面大于顶表面，并且侧壁基本上垂直于基部表面和顶表面。
本发明的非限制性的优点是，本发明的概念可用于任何现有的三极管电子束源，而对电子束源本身的设计修改很少或没有。
本文所述的所有示例和示例性实施例本质上是非限制性的，因此不应被看作限制本文所述发明的范围。此外，本文所述的优点，即使是针对特定的示例性实施例确定的，也不一定以这种限制性的方式加以解释。
本发明的进一步优点和优点特征在以下描述和本文所提供的权利要求中公开。
附图说明
大体上描述了本发明，现在将参照附图列出，这些附图并不一定按比例绘制，其中：
图1在示意性视图中描绘了具有本发明电子束产生组件的电子束源的示例性实施例；
图2在示意性视图中描绘了根据本发明的电子束产生组件的示例性实施例；
图3在示意性视图描绘了用于生产三维物体的装置的示例性实施例，该装置可具有如图2所示的电子束产生组件。
图4是根据各种实施例的示例性***1020的框图；
图5A是根据各实施例的服务器1200的示意性框图；和
图5B是根据各实施例的示例性移动设备1300的示意性框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例，其中图示了本发明的一些实施例，但并非所有实施例。事实上，本发明的实施例可以以许多不同的形式体现，不应被理解为仅限于本文所述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明满足适用的法律要求。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所涉领域普通技术人员所熟知和理解的含义相同的含义。除非另有说明，否则在本文中“或”一词既用于替代意义，也用于连接意义。类似的数字是指类似的元件。
此外，为了便于理解本发明，下文界定了若干术语。本文定义的术语在本发明相关领域具有普通技术人员通常理解的含义。“一”、“一个”和“该”等词不仅指单一实体，而是包括可用来加以说明的具体例子的一般类别。本文中用于描述本发明的具体实施例的术语，除如权利要求中所述的，其用法并不限于本发明。
本文中使用的“三维结构”等术语一般指用于特定目的的预定或实际制造的三维构型(例如，结构材料或材料)。例如，这种结构可以借助三维CAD***进行设计。
在不同实施例中使用的术语“电子束”是指任何带电粒子束。带电粒子束源可以包括电子枪、直线加速器等。
图3描绘了自由成型或增材制造装置21的实施例，其中可以实施根据本发明的电子束产生组件。
装置21包括：电子束枪6；偏转线圈7；两个粉末料斗4、14；构建平台2；构建箱10；粉末分配器28；粉末床5；和真空室20。
真空室20能够通过真空***维持真空环境，该***可以包括涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵和一个或多个阀，这些阀是本领域技术人员熟知的，因此在这方面无需进一步解释。真空***由控制单元8控制。
电子束枪6产生电子束，用于预热粉末，熔化或熔融设置在构建平台2上的粉末材料或对已经熔融的粉末材料进行后加热处理。控制单元8可用于控制和管理从电子束枪6发射的电子束。至少一个聚焦线圈(未示出)、至少一个偏转线圈7、用于像散校正的可选线圈(未示出)和电子束电源(未示出)可电连接到控制单元8。在本发明的示例性实施例中，电子束枪6可产生加速电压约为15-60kV且电子束功率在3-10kW范围内的可聚焦电子束。在利用能量束逐层融合粉末来构建三维物体时，真空室内的压力可以是1×10-3mbar或更低。
粉末料斗4、14包括粉末材料，其将被设置在构建箱10中的构建平台2上。粉末材料可以是纯金属或金属合金，如钛、钛合金、铝、铝合金、不锈钢、钴铬合金、镍基超级合金等。
粉末分配器28设置成在构建平台2上放置薄粉末材料层。在工作周期内，构建平台2将相对于真空室中的固定点相继地降低。为了使这种运动成为可能，在本发明的一个实施例中，构建平台2沿竖直方向，即沿箭头P所示的方向可移动地布置。这意味着构建平台2从初始位置开始，在该初始位置上已放置了必要厚度的第一粉末材料层。例如，可以通过配备齿轮、调整螺钉等的伺服发动机以降低构建平台2。伺服发动机可以连接到控制单元8。
电子束可以被引导到构建平台2上，使第一粉末层在选定位置熔融以形成三维物体3的第一横截面。该束根据控制单元8的指令被引导在构建平台2上。在控制单元8中存储关于如何控制三维物体的各层的电子束的指令。三维物体3的第一层可构建在可拆卸的构建平台2上、粉末床5上或可选的起始板16上。起始板16可直接设置在构建平台2上或设置在构建平台2上的粉末床5的顶部。
在第一层完成之后，即用于制造三维物体的第一层的粉末材料的熔融完成后，第二粉末层被提供在构建平台2上。第二层的厚度可以根据构建平台相对于构建第一层的位置降低的距离来确定。第二粉末层在各种实施例中按照与前一层相同的方式分布。但是，在同一台增材制造机上，可能有其他的方法将粉末分配到工作台上。例如，第一层可通过第一粉末分配器28提供，第二层可由另一粉末分配器提供。根据控制单元8的指令自动改变粉末分配器的设计。可以改变一种单耙***形式的粉末分配器28的设计，即其中一个耙抓取从左粉末料斗4和右粉末料斗14两者上落下来的粉末。
在构建平台上分布第二粉末层之后，能量束被引导到工作台上，使第二粉末层在选定位置熔融，以形成三维物体的第二横截面。第二层中的熔融部分可以结合到第一层的熔融部分上。第一层和第二层中的熔融部分可以通过不仅熔化最上层的粉末而且重新熔化最上层以下的一层的至少一部分厚度而被熔化在一起。
有时，当电子撞击粉末床5时，可能需要考虑粉末中产生的电荷分布。电荷分布密度取决于下列参数：电子束电流、电子速度(由加速电压给出)、电子束扫描速度、粉末材料和粉末的电导率，主要是粉末颗粒之间的电导率。后者又是几个参数的函数，例如温度、烧结程度和粉末颗粒大小/大小分布的非限制性示例。
因此，对于给定的粉末，即具有一定颗粒大小分布和特定加速电压的某种材料的粉末，通过改变电子束电流(从而改变电子束功率)和电子束扫描速度，可以影响电荷分布。
通过以可控方式改变这些参数，可以通过提高粉末的温度来逐渐提高粉末的电导率。温度较高的粉末获得较高的电导率，这导致低密度电荷分布，因为电荷可以迅速扩散到大区域。如果粉末在预热过程中被稍微烧结，这种效果就会增强。当电导率达到足够高时，粉末可熔融在一起，即熔化或完全烧结，并具有预定的电子束电流值和电子束扫描速度。
图1在示意性视图中描绘了电子束源的示例性实施例，其中可以实现本发明的方法。电子束源100包括阴极102、栅极104和阳极106。阴极102处发射的负电位的电子向阳极106加速，最后向目标表面118加速。栅极104设置在距阴极102预定距离处。阴极102可设置有可能导致阴极发热的电压，在该电压下，阴极102通过热离子发射释放电子。栅极104的孔105的大小和形状可能与沿A-A表示的线所取的平面的阴极的横截面区域大致相同。
在阴极和阳极106之间设置加速器电压160。加速器电压160使从阴极102发射的电子向阳极106加速，从而建立电子束120。电子束120可以撞击基底表面118，该基底表面118可以是增材制造过程中的粉末层。为了引导和聚焦电子束，还可以设置至少一个聚焦线圈和至少一个偏转线圈(未示出)。
电子束产生的阴极可以是由碱土金属六硼化物制成的热电阴极，如六硼化锂、六硼化钠、六硼化钾、六硼化铷、六硼化铯或六硼化钫。阴极也可由稀土金属六硼化物制成，如六硼化钪、六硼化钇、六硼化镧、六硼化铈、六硼化镨、六硼化钕、六硼化钷、六硼化钐、六硼化铕、六硼化钆、三硼化铽、六硼化镝、六硼化钬、六硼化铒、六硼化铥、六硼化镱或六硼化镥制成。阴极也可以用碳化铪制成。
在电子束源100中，栅极104设置在阴极102和阳极106之间。栅极104可以布置成具有孔105的板。孔105可以与阴极102对准。栅极104中的孔的大小可以对应于电子束120在栅极104位置处的横截面。
在栅极104和阴极102之间可设置栅极电压180，并可在负阻挡电压和全功率电压之间进行调整，从而在0到最大电子束电流之间调整电子束电流。在图1中，阴极102可具有-20kV至-100kV的负电位。加速器电压160的第一连接点110和栅极电压180的第一连接点114可固定在-20kV至-100kV的相同电位上。加速器电压160的第二连接点108可设置接地电位。栅极电压180的第二连接点112可以在负阻挡电压和全功率电压之间变化。第二控制单元150可以控制栅极电压的第二连接点112上的电压，以便将电子束电流调整到期望值。第二控制单元150可以是与控制单元8相关的物理上分开的控制单元，或者完全集成在控制单元8中。
目标表面118可设置为接地电位或正电位。电子束源100还可以包括用于检测实际电子束电流的装置170。用于检测目标表面上的电子束电流的示例装置可以是如图1中的方框170所示的检测提供加速器电压160的高电压源的实际负载。这可以通过简单地测量分别在第一和第二连接点110和108之间通过的电子束来实现。如果阴极具有-60kV的固定负电压，则负阻挡电压可以在-61kV左右，即栅极电压的第二连接点112被设置在-61kV，第一连接点114被设置在-60kV，用于通过栅极104阻挡电子。如果开始降低第二连接点112处的负阻挡电压，将允许从阴极发射的部分电子通过栅极104。在本示例性实施例中，通过在-61kV至-60kV之间改变栅极电压，当阴极具有-60kV的固定负电位时，对于预定的阴极大小和形状以及栅极104中的孔的预定大小和形状来说，电子束电流可以从0mA变化到最大电子束电流，其中最大电子束电流可能是25mA。其他加速器电压，和/或阴极的其他大小、形状和发射率，和/或栅极中的孔的其他大小和形状可能影响最大电子束电流高于或低于示例的25mA。
当从负阻挡电压-61kv开始降低栅极电压时，开始从阴极240的顶表面248发出电子。进一步降低栅极电压，阴极240也将开始从基部表面246发出电子。利用本发明的阴极设计240，在目标表面的电子束可以被引导为仅从顶表面，或从顶表面248和基部表面246发出。
阴极240具有基部242，其上设置有突起244。突起具有顶表面248和侧壁247。基部242具有基部表面246，该基部表面246是突起旁的自由暴露表面。这样，基部242比突起244大。顶表面248和基部表面246的总面积在这个特定实施例中对应于基部242的总表面。侧壁247基本上垂直于基部表面246和顶表面248。顶表面和基部表面基本上是相互平行的。顶表面248与基部表面之间的距离用D表示，距离D可以在0.2-2mm范围内。距离D越小，栅极电压的变化越小，以便从仅从顶表面发出电子束切换到从顶表面加上基部表面发出电子束。阴极具有逐步增大面积的实际电子束发射区域可以有多个好处。顶表面248可用于0-40mA的电子束电流，顶表面248加上基部表面246可用于40-200mA的电子束电流。顶表面和基部表面可呈圆形。在示例性实施例中，顶表面的直径可以是0.5mm，而基部表面的直径可以是1mm。
突起244的顶表面248可以设置在栅极104的孔中的0.2-1.5mm处，即顶表面248比栅极104的孔更远离目标表面。
根据图2的阴极设计，对于小于30-40mA的小电流，可以实现电子束在目标表面的最大功率以及高强度。
如果在突起244的侧壁247上添加碳涂层，可以消除侧壁247的电子发射。
阴极的这种设计优点是，顶表面和基部表面的电子束一般都有相同的轨迹。这意味着，从阴极的基部表面和顶表面发出到目标表面的高电流大电子束斑点可以使用与仅从阴极240的顶表面发出的电子束相同的聚焦和散光线圈设置来聚焦。换言之，可以使用相同的电子束成形线圈设置在两个不同电子束电流的斑点大小之间切换电子束。这在一种特殊情况下可能是有利的，例如在增材制造中，当在不改变聚焦线圈的情况下，所谓“鬼点”的散焦高能量束被布置在尖锐聚焦熔点周围时。“鬼点”可以在熔点周围以一定的频率布置。该频率是栅极电压在仅允许来自顶表面的电子形成电子束撞击目标表面的第一栅极电压和允许来自顶表面和基部表面的电子形成电子束撞击目标表面的第二栅极电压之间的切换频率。
不同温度下的阴极102可能产生不同数量的电子。
栅极电位可以从查找表中获取。在三维物体的熔融过程中，即当粉末材料通过电子束撞击在粉末层上而被熔化或熔融时，可以从查找表或数学函数中提取出正确的栅极电压以获得期望的电子束电流。电子束电流可以从第一预定电子束电流切换到第二预定电子束电流，只要通过将栅极上的电位从第一栅极电位切换到第二栅极电位。这可以使电子束电流在熔融过程中精确地从第一电子束电流快速切换到第二电子束电流。当电子束电流必须在电子束的扫描线期间从第一电子束电流切换到第二电子束电流以达到最终的材料特性时，这可能是有益的。通过将栅极电位从第一值变为第二值，电子束电流可以瞬时地从第一电子束电流变为第二期望电子束电流。栅极电位的修改和相应电子束电流的快速响应使其在增材制造过程中适合作为电子束电流的处理方法，其中在该增材制造过程中电子束可能需要在小时间间隔内多次被修改。对于某些应用来说，电子束电流的足够迅速变化可能是具有期望的材料特性和大小公差的成功的三维物体的关键因素。
可以施加预定的栅极电位，以实现在粉末表面上的预定电子束电流，用于熔融粉末。这也可以在熔融过程中实现从第一电子束电流到第二电子束电流的快速切换。这可能在扫描线期间是必要的，它取决于要熔化的特定类型的结构是哪一种、何时和或何地熔化。
在本发明的另一个方面，提供了一种程序元件，该程序元件配置并且设置成当在计算机上被执行时，实现通过依次沉积各层熔融在一起的粉末材料而形成三维物体的方法，该方法包括以下步骤：提供至少一个电子束源，其发射电子束用于加热和或熔融粉末材料，其中，电子束源包括阴极、阳极和阴极与阳极之间的栅极；当三维物体的形成在第一处理步骤中时，以第一模式控制电子束源；当三维物体的形成在第二处理步骤中时，以第二模式控制电子束源，其中，来自电子束源的电子束电流在第一模式中以前馈模式被控制，电子束电流在第二模式中以反馈模式被控制。该程序可以安装在计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可以是控制单元8、控制单元150或另一独立和不同的控制单元。计算机可读存储介质和程序元件(其可包括包含嵌入其中的计算机可读程序代码部分)还可包含在非瞬时性计算机程序产品中。关于这些特点和配置的进一步详情，依次见下文。
如前所述，本发明的各种实施例可以以各种方式实现，包括作为非瞬时性计算机程序产品。计算机程序产品可以包括非瞬时性计算机可读存储介质，其存储应用、程序、程序模块、脚本、源代码、程序代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等(这里也称为可执行指令、执行指令、程序代码和或本文使用的类似术语)。这种非瞬时性计算机可读存储介质包括所有计算机可读介质(包括易失性和非易失性介质)。
在一个实施例中，非易失性计算机可读存储介质可以包括软盘、软磁盘、硬盘、固态存储(SSS)(例如固态驱动器(SSD)、固态卡(SSC)、固态模块(SSM))、企业闪存驱动器、磁带或任何其他非瞬时性磁性介质等。非易失性计算机可读存储介质还可包括穿孔卡、纸带、光标纸(或任何其他具有孔图案或其他可光学识别标记的物理介质)、只读光盘存储器(CD-ROM)、可重写光盘(CD-RW)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘(BD)、任何其他非瞬时性光学介质，和或类似物。这种非易失性计算机可读存储介质还可以包括只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存(例如串行、NAND、NOR等)、多媒体存储卡(MMC)、安全数字(SD)存储卡、智能媒体卡、紧凑型闪存(CF)卡、内存棒等。此外，非易失性计算机可读存储介质还可以包括导电桥式随机存取存储器(CBRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、磁阻式随机存取存储器(MRAM)、电阻式随机存取存储器(RRAM)，硅氧化物氮氧化物硅存储器(SONOS)、浮点栅随机存取存储器(FJGRAM)、千足存储器、赛道存储器等。
在一个实施例中，易失性计算机可读存储介质可包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、快速页模式动态随机存取存储器(FPM DRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(EDO DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)、双数据速率类型二同步动态随机存取存储器(DDR2 SDRAM)、双数据速率类型三同步动态随机存取存储器(DDR3SDRAM)、Rambus动态随机存取存储器(RDRAM)、双晶体管随机存取存储器(TTRAM)、晶体管随机存取存储器(T-RAM)、零电容(Z-RAM)、Rambus直列式存储器模块(RIMM)、双列存储器模块(DIMM)、单列存储器模块(SIMM)、视频随机存取存储器VRAM、高速缓存存储器(包括各级)、闪存、寄存器等。应当理解，在使用计算机可读存储介质来描述实施例时，除了上述计算机可读存储介质之外，还可以替代或使用其他类型的计算机可读存储介质。
应理解如本文其他地方所述，本发明的各种实施例也可作为方法、装置、***、计算机设备、计算机实体等实现。因此，本发明的实施例可以采取装置、***、计算机设备、计算机实体等的形式，执行存储在计算机可读存储介质上的指令以执行某些步骤或操作。然而，本发明的实施例也可以采用执行某些步骤或操作的完全硬件实施例的形式。
下文参照装置、方法、***和计算机程序产品的框图和流程图描述各种实施例。应理解，各框图和流程图中的每一方框分别可以通过计算机程序指令部分实现，例如，作为在计算***中的处理器上执行的逻辑步骤或操作。这些计算机程序指令可以加载到计算机上，例如专用计算机或其他可编程数据处理装置，以生产特定配置的机器，从而使在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令实现流程图方框或方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可存储在计算机可读存储器中，计算机可读存储器可指示计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作，从而使存储在计算机可读存储器中的指令产生制造物品，包括用于实现流程图方框或方框中指定功能的计算机可读指令。计算机程序指令也可被加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，以使计算机或其它可编程装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图方框或方框中指定的功能的操作。
因此，框图和流程图中的方框支持用于执行指定功能的各种组合、用于执行指定功能的操作以及用于执行指定功能的程序指令的组合。还应理解，框图和流程图中的每一个方框，以及框图和流程图中方框的组合，都可以通过执行特定功能或操作的特殊用途的基于硬件的计算机***，或特殊用途的硬件和计算机指令的组合来实现。
图4是可结合本发明各实施例使用的示例性***1020的框图。在至少所示实施例中，***1020可包括一个或多个中央计算设备1110、一个或多个分布式计算设备1120以及一个或多个分布式手持或移动设备1300，所有这些设备均配置为经一个或多个网络1130与中央服务器1200(或控制单元)通信。虽然图4图示了作为分离的、独立实体的各种***实体，但各种实施例并不限于这个特定的体系结构。
根据本发明的各种实施例，一个或多个网络1130可以根据第二代(2G)、2.5G、第三代(3G)和/或***(4G)等移动通信协议中的任意一个或多个支持通信。更具体地说，一个或多个网络1130可以根据2G无线通信协议IS-136(TDMA)、GSM和IS-95(CDMA)支持通信。此外，例如，一个或多个网络1130可以根据2.5G无线通信协议GPRS、增强型数据GSM环境(EDGE)等支持通信。此外，例如，一个或多个网络1130可以根据3G无线通信协议支持通信，如采用宽带码分多址(WCDMA)接入技术的通用移动电话***(UMTS)网络。一些窄带AMPS(NAMPS)以及TACS(一个或多个)网络也可能受益于本发明的实施例，双或更高模式的移动站(例如，数字/模拟或TDMA/CDMA/模拟电话)也可能受益于本发明的实施例。作为另一个例子，***5的每一个组件可配置成根据诸如射频(RF)、蓝牙TM、红外(IrDA)或任何一种不同的有线或无线网络技术中的另一种技术相互通信，包括有线或无线个人局域网(PAN)、局域网(LAN)，城域网(“MAN”)、广域网(“WAN”)等。
虽然在图4中将设备1110-1300图示为通过同一网络1130彼此通信，但这些设备同样可以通过多个单独的网络通信。
根据一个实施例，除了从服务器1200接收数据之外，分布式设备1110、1120和/或1300还可以被配置为自行收集和传输数据。在各种实施例中，设备1110、1120和/或1300能够通过一个或多个输入单元或设备接收数据，例如键盘、触摸板、条码扫描器、射频识别(RFID)读取器、接口卡(例如调制解调器等)或接收器。设备1110、1120和/或1300还可以将数据存储到一个或多个易失性或非易失性存储器模块，并通过一个或多个输出单元或设备输出数据，例如通过向操作设备的用户显示数据，或通过例如一个或多个网络1130传输数据。
在各种实施例中，服务器1200包括根据本发明的各种实施例(包括在此更具体示出和描述的那些实施例)的用于执行一个或多个功能的各种***。然而，应当理解，服务器1200可以包括用于执行一个或多个类似功能的各种替代设备，而不脱离本发明的精神和范围。例如，在某些实施例中，对于特定应用来说期望的是，服务器1200的至少一部分可以位于分布式设备1110、1120和/或手持或移动设备1300上。如下文进一步详细描述，在至少一个实施例中，手持或移动设备1300可以包含一个或多个移动应用1330，这些应用1330可以被配置为提供用于与服务器1200通信的用户接口，所有这些将在下文进一步详细描述。
图5A是根据各种实施例的服务器1200的示意图。服务器1200包括处理器1230，处理器1230通过***接口或总线1235与服务器中的其他元件通信。服务器1200中还包括用于接收和显示数据的显示/输入设备1250。该显示/输入设备1250可以是例如与显示器结合使用的键盘或指向设备。服务器1200还包括存储器1220，它最好包括只读存储器(ROM)1226和随机存取存储器(RAM)1222两者。服务器的ROM 1226用于存储基本输入/输出***1224(BIOS)，该***包含有助于在服务器1200内的元件之间传输信息的基本例程。各种ROM和RAM配置先前已在本文做过描述。
此外，服务器1200包括至少一个存储设备或程序存储器210，例如硬盘驱动器、软盘驱动器、CD ROM驱动器或光盘驱动器，用于存储各种计算机可读介质上的信息，例如硬盘、可移动磁盘或CD-ROM磁盘。正如本领域普通技术人员所理解的，每一个存储设备1210通过适当的接口连接到***总线1235。存储设备1210及其相关的计算机可读介质为个人计算机提供非易失性存储。正如本领域普通技术人员所理解的，上述计算机可读介质可以被本领域已知的任何其他类型的计算机可读介质所取代。例如，这类媒体包括磁带盒、闪存卡、数字视频磁盘和Bernoulli磁带盒。
尽管未示出，根据一个实施例，存储设备1210和/或服务器1200的存储器还可以提供数据存储设备的功能，数据存储设备可以存储服务器1200可以访问的历史和/或当前传送数据和传送条件。在这方面，存储设备1210可以包括一个或多个数据库。“数据库”一词是指通过例如关系数据库、分级数据库或网络数据库存储在计算机***中的记录或数据的结构化集合，不应以限制性的方式加以解释。
包括例如一个或多个可由处理器1230执行的计算机可读程序代码部分的若干程序模块(例如，示例性模块1400-1700)可由各种存储设备1210存储在RAM 1222中。这样的程序模块也可以包括操作***1280。在这些和其他实施例中，各模块1400、1500、1600、1700借助处理器1230和操作***1280控制服务器1200操作的某些方面。在另一些实施例中，应当理解，也可以在不脱离本发明的范围和性质的情况下，提供一个或多个附加和或替代模块。
在各种实施例中，程序模块1400、1500、1600、1700由服务器1200执行，并被配置为生成一个或多个图形用户接口、报告、指令和/或通知/警报，所有这些都可访问和或可传输给***1020的各种用户。在某些实施例中，用户接口、报告、指令和或通知/警报可以通过一个或多个网络1130访问，该网络如前所述可以包括互联网或其他可行的通信网络。
在各种实施例中，还应理解，模块1400、1500、1600、1700中的一个或多个可以交替和或额外(例如，重复)存储在设备1110、1120和或1300中的一个或多个上，并且可以由同一个或多个处理器执行。根据各种实施例，模块1400、1500、1600、1700可以向一个或多个数据库发送数据，从一个或多个数据库接收数据和使用包含在其中的数据，这些数据库可以由一个或多个单独、链接和或联网的数据库组成。
网络接口1260也位于服务器1200内，用于与一个或多个网络1130的其他元件接口和通信。本领域的普通技术人员将认识到，服务器1200组件中的一个或多个可以位于远离其他服务器组件的地理位置。此外，服务器1200中的一个或多个组件可以组合，和/或执行本文所述功能的附加组件也可以包括在服务器中。
虽然上述描述的是单处理器1230，正如本领域普通技术人员所认知的那样，服务器1200可以包括多个处理器，它们协同工作以执行本文所述的功能。除了存储器1220，处理器1230还可以连接到至少一个接口或其他用于显示、发送和/或接收数据、内容或类似物的装置。在这方面，接口可以包括至少一个通信接口或用于传输和/或接收数据、内容或类似物的其他手段，以及至少一个可以包括显示器和/或用户输入接口的用户接口，下文将进一步详细描述。用户输入接口又可以包括允许实体从用户接收数据的多个设备中的任意一个，例如键盘、触摸显示器、操纵杆或其他输入设备。
更进一步地，虽然参考了“服务器”1200，正如本领域普通技术人员所认知的那样，本发明的实施例不限于传统定义的服务器架构。此外，本发明实施例的***不限于单个服务器或类似的网络实体或大型计算机***。在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，同样可以使用包括一个或多个网络实体在内的其他类似架构，这些网络实体彼此协同工作以提供本文所述的功能。例如，可以在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，同样使用两台或多台个人计算机(PC)、类似电子设备或手持式便携式设备的网状网络，彼此协作以提供本文所述的与服务器1200相关的功能。
根据各种实施例，过程的许多单独步骤可以使用或不能使用本文所述的计算机***和或服务器来执行，并且计算机实现的程度可以不同，这可能是一个或多个特定应用所希望的和或有益的。
图5B提供了可结合本发明各实施例使用的移动设备1300的示例性示意图。移动设备1300可由各方操作。如图5B所示，移动设备1300可以包括天线1312、发射机1304(例如，无线电)、接收机1306(例如，无线电)和分别向发射机1304和接收机1306提供信号和从发射机1304和接收机1306接收信号的处理元件1308。
分别向发射机1304和接收机1306提供和从发射机1304和接收机1306接收的信号可以包括根据适用无线***的空中接口标准与各种实体通信的信号数据，该实体如服务器1200、分布式设备1110、1120等。在这方面，移动设备1300可以与一个或多个空中接口标准、通信协议、调制类型和访问类型操作。更具体地说，移动设备1300可以按照多种无线通信标准和协议中的任何一种来操作。在一个特定实施例中，移动设备1300可以按照多种无线通信标准和协议(例如GPRS、UMTS、CDMA2000、1xRTT、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、E-UTRAN、EVDO、HSPA、HSDPA、Wi-Fi、WiMAX、UWB、IR协议、蓝牙协议、USB协议)和/或任何其他无线协议运行。
通过这些通信标准和协议，根据各种实施例，移动设备1300可以使用诸如非结构化补充服务数据(USSD)、短消息服务(SMS)、多媒体消息服务(MMS)、双音多频信令(DTMF)和/或用户识别模块拨号器(SIM拨号器)等概念与各种其他实体进行通信。移动设备1300还可以下载更改、附加和更新到其固件、软件(例如，包括可执行指令、应用、程序模块)和操作***。
根据一个实施例，移动设备1300可以包括确定位置的设备和/或功能。例如，移动设备1300可包括GPS模块，该模块适于获取例如纬度、经度、高度、地码、航向和/或速度数据。在一个实施例中，GPS模块通过确定所看到的卫星数目和这些卫星的相对位置来获取数据，有时称为星历数据。
移动设备1300还可以包括用户接口(可以包括耦合到处理元件1308的显示器1316)和/或用户输入接口(耦合到处理元件308)。用户输入接口可以包括允许移动设备1300接收数据的多个设备中的任一个，例如键盘1318(硬或软)、触摸显示器、语音或运动接口或其他输入设备。在包括键盘1318的实施例中，键盘可以包括(或导致显示)传统数字(0-9)和相关键(#，*)以及用于操作移动设备1300的其他键，并且可以包括一整组字母键或一组可被激活以提供一整组字母数字键的键。除了提供输入，还可以使用用户输入接口，激活或停用例如屏幕保护程序和或睡眠模式的某些功能。
移动设备1300还可包括易失性存储器或存储器1322和/或非易失性存储器或存储器1324，其可嵌入和或可移除。例如，非易失性存储器可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、MMC、SD存储卡、内存棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、RRAM、SONOS、赛道存储器等。易失性存储器可以是RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、缓存存储器、寄存器存储器等。易失性和非易失性存储或存储器可以存储数据库、数据库实例、数据库映射***、数据、应用、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等，以实现移动设备1300的功能。
移动设备1300还可以包括照相机1326和移动应用1330中的一个或多个。根据各种实施例，照相机1326可配置为附加和/或替代数据收集特征，其中一个或多个项目可由移动设备1300通过照相机读取、存储和或传输。移动应用1330还可以提供一种特征，通过该特征可以与移动设备1300执行各种任务。对于移动设备1300和整个***1020的一个或多个用户来说，可以提供他们所期望的各种配置。
本发明不限于上述实施例，并且在以下权利要求的范围内可以进行许多修改。例如，这种修改可能涉及使用与示例性电子束(如激光束)不同的能量束源。可以使用除金属粉末以外的其他材料，例如作为非限制性示例的导电聚合物和导电陶瓷粉末。
事实上，本领域普通技术人员将能够使用前文中所载的信息，以并非字面描述的方式来修改本发明的各种实施例，但这些实施例仍被所附权利要求所涵盖，因为它们基本上完成了相同的功能，以达到基本相同的结果。因此，应理解，本发明不限于所公开的具体实施例，修改和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。虽然这里使用的是具体的术语，但它们只是在通用和描述性的意义上使用，而不是出于限制的目的。
Claims (18)
1.一种用于产生电子束的电子束源，其特征在于，所述电子束源包括：
阴极，
阳极，和
用于调节电子束电流的栅极，
其中：
所述阴极具有基部和突起，所述突起具有侧壁和顶表面，所述基部具有基本上与所述顶表面平行的基部表面，
所述基部表面和所述顶表面基本上是平坦的，并且面向所述阳极，
所述基部表面和所述顶表面彼此以预定距离布置，其中，所述顶表面与所述基部表面的所述预定距离为0.2-2mm，以允许通过改变所述预定距离来改变电网电压的灵敏度，
所述基部大于所述突起，
所述侧壁基本上垂直于所述基部表面和所述顶表面，并且
控制单元被构造成改变对所述栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换所述电子束在目标表面上的斑点大小，所述第一斑点大小对应于仅从所述阴极的所述顶表面的发射，所述第二斑点大小对应于从所述阴极的所述顶表面和所述基部表面的发射。
2.根据权利要求1所述的电子束源，其特征在于，所述基部和所述突起是圆形的。
3.根据权利要求1或2所述的电子束源，其特征在于，所述突起的中心与所述基部的中心对齐。
4.根据权利要求1或2所述的电子束源，其特征在于以下中的至少一个：
所述基部和所述突起是圆形的，或
所述突起的中心与所述基部的中心对齐。
5.根据权利要求1或2所述的电子束源，其特征在于，其中所述阴极由碳化铪、稀土金属六硼化物或碱土金属六硼化物制成。
6.一种通过依次沉积各层粉末材料以形成三维物体的方法，所述各层粉末材料被熔融在一起以形成所述物体，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
经由至少一个电子束源发射电子束，用于加热和/或熔融粉末材料，所述至少一个电子束源包括阴极、阳极和所述阴极与所述阳极之间的栅极，其中所述阴极具有基部和突起，所述突起具有侧壁和顶表面，所述基部具有基本上与所述顶表面平行的基部表面，所述基部表面和所述顶表面基本上是平坦的并且面向所述阳极，所述基部表面和所述顶表面彼此以预定距离布置，所述基部大于所述突起，所述侧壁基本上垂直于所述基部表面和所述顶表面，以及
改变对栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换所述电子束在目标表面上的斑点大小，所述第一斑点大小对应于仅从所述阴极的所述顶表面的发射，所述第二斑点大小对应于从所述阴极的所述顶表面和所述基部表面的发射。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括使所述突起的中心与所述基部的中心对齐的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于以下中的至少一个：
所述基部和所述突起是圆形的，
所述突起的中心与所述基部的中心对齐，或
所述顶表面和所述基部表面的所述预定距离为0.2-2mm。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，一个或多个上述步骤是通过控制单元内的一个或多个计算机处理器执行的。
10.一种非瞬时性计算机可读存储介质，所述非瞬时性计算机可读存储介质具有嵌入其中的计算机可读程序代码部分，所述计算机可读程序代码部分包括至少一个可执行部分，其特征在于，所述至少一个可执行部分用于：
当形成三维物体时，控制电子束源，所述电子束源发射电子束，用于将各层粉末材料加热和/或熔融在一起以形成所述三维物体，所述电子束源包括阴极、阳极和所述阴极与所述阳极之间的栅极，其中所述阴极具有基部和突起，所述突起具有侧壁和顶表面；所述基部和所述顶表面基本上彼此平行，基本上是平坦的并且面向所述阳极；所述基部和所述顶表面彼此以预定距离布置，所述基部大于所述顶表面，所述侧壁基本上垂直于所述基部和所述顶表面；和
改变对所述栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换所述电子束在目标表面上的斑点大小，所述第一斑点大小对应于仅从所述阴极的所述顶表面的发射，所述第二斑点大小对应于从所述阴极的所述顶表面和所述基部的发射。
11.根据权利要求10所述的非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于，还构造成执行将所述突起的中心与所述基部的中心对齐的步骤。
12.根据权利要求10或11所述的非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于以下中的至少一个：
所述基部和所述突起是圆形的，
所述突起的中心与所述基部的中心对齐，或
所述顶表面和所述基部表面的所述预定距离为0.2-2mm。
13.一种用于电子束源的电子束产生组件(100)，其特征在于，所述组件(100)包括：
阴极(140),
栅极(130)，和
用于所述阴极(140)的加热电路(180)，
其中：
所述阴极(140)和所述栅极(130)彼此电绝缘地布置，
所述阴极(140)具有基部(142)和突起(144)，所述突起(144)具有侧壁(147)和顶表面(148)，
所述基部(142)的基部表面(146)和所述顶表面(148)基本上彼此平行，基本上是平坦的并且面向下，
所述基部表面(146)和所述顶表面(148)彼此以预定距离(D)布置，其中，所述顶表面(148)与所述基部表面(146)的所述预定距离(D)为0.2-2mm，以允许通过改变所述预定距离(D)来改变电网电压的灵敏度，
所述基部表面(146)大于所述顶表面(148)，以及
所述侧壁(147)基本上垂直于所述基部表面(146)和所述顶表面(148)，
控制单元被构造成改变对所述栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换所述电子束在目标表面上的斑点大小，所述第一斑点大小对应于仅从所述阴极的所述顶表面的发射，所述第二斑点大小对应于从所述阴极的所述顶表面和所述基部表面的发射。
14.根据权利要求13所述的电子束产生组件，其特征在于，所述基部表面(146)和所述顶表面(148)是圆形的。
15.根据权利要求13或14所述的电子束产生组件，其特征在于，其中所述突起(144)的中心与所述基部(142)的中心对齐。
16.根据权利要求13或14所述的电子束产生组件，其特征在于，所述顶表面(148)与所述基部表面(146)之间的所述预定距离(D)为0.2-2mm。
17.根据权利要求13或14所述的电子束产生组件，其特征在于，所述阴极由碳化铪、稀土金属六硼化物或碱土金属六硼化物制成。
18.一种通过依次沉积各层粉末材料以形成三维物体的装置，所述各层粉末材料被熔融在一起以形成所述物体，其特征在于，所述装置包括：
用于产生电子束的电子束源，所述电子束源包括阴极、阳极和用于调节电子束电流的栅极；和
控制单元，
其中：
所述阴极包括基部和突起，所述突起具有侧壁和顶表面，
所述基部具有基本上与所述顶表面平行的基部表面，
所述基部表面和所述顶表面基本上是平坦的，并且面向所述阳极，
所述基部表面和所述顶表面彼此以预定距离布置，其中，所述顶表面与所述基部表面的所述预定距离为0.2-2mm，以允许通过改变所述预定距离来改变电网电压的灵敏度，
所述基部大于所述突起，
所述侧壁基本上垂直于所述基部表面和所述顶表面，
所述控制单元被构造成改变对所述栅极施加的电压，用于在至少第一斑点大小和第二斑点大小之间切换所述电子束在目标表面上的斑点大小，所述第一斑点大小对应于仅从所述阴极的所述顶表面的发射，所述第二斑点大小对应于从所述阴极的所述顶表面和所述基部表面的发射。
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