阅读说明：本技术 一种电子束增熔丝材制造装置及方法 (A kind of electron beam increases fuse material manufacturing device and method ) 是由 巩水利 许海鹰 杨光 左从进 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：一种电子束增熔丝材制造装置及方法,该装置进行熔丝增材时,通过控制系统控制Z向运动机构A、Z向运动机构B、Y向运动机构和X向工作台之间的移动,以及送丝机构的送丝速度,并调节冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B的焦点位置,使丝材熔化形成的熔滴以“搭桥”过渡方式沉积到金属基板上进行零件成形。本发明通过两个能形成圆形束斑的冷阴极电子枪倾斜一定角度对称安装,以及在两个圆形束斑交汇处将丝材垂直送进,使得整个加工过程无需丝束对中装置,从而大幅提高成形质量；采用冷阴极电子枪使得电子枪的阴极寿命最高达到数百小时以上,能够在恶劣的真空环境下长期稳定工作,且冷阴极电子枪结构简洁,体积小,从而降低设备制造成本。(A kind of electron beam increases fuse material manufacturing device and method, when the device carries out fuse increasing material, Z-direction movement mechanism A, Z-direction movement mechanism B, Y-direction motion and X are controlled to the movement between workbench by control system, and the wire feed rate of wire feeder, and the focal position of cold-cathode gun A and cold-cathode gun B are adjusted, so that silk material is melted the molten drop to be formed and is deposited to " bridging " transient mode and carries out part forming on metal substrate.The present invention is tilted a certain angle by two cold-cathode guns that can form circular beam spot and is symmetrically installed, and is vertically sent into silk material in Liang Ge circular beam spot intersection, so that whole process is not necessarily to tow centralising device, to greatly improve forming quality；Make the cathode life of electron gun be up to hundreds of hours or more using cold-cathode gun, can under severe vacuum environment long-term stable operation, and cold-cathode gun is simple for structure, small in size, to reduce equipment manufacturing costs.)

一种电子束增熔丝材制造装置及方法

技术领域

本发明涉及增熔丝材制造技术领域，特别是涉及一种电子束增熔丝材制造装置及方法。

背景技术

金属增材制造技术是一种利用热源熔化金属材料按照预定轨迹成形快速加工制造零件的一种技术，其按照熔化材料的初始状态可分为粉末类和丝材类，粉末类增材制造技术有激光同轴送粉、电子束选区熔化、激光选区熔化等，丝材类增材制造技术有激光熔丝增材制造、电弧熔丝增材制造、电子束熔丝增材制造等。其中，电子束熔丝增材制造技术是在真空环境下进行零件成形，真空环境为钛合金等高附加值零件的快速制造提供良好的环境，采用电子束熔丝增材制造的零部件已经在航空航天及民用工业领域得到了应用。

当前，国内外研究机构所研制的电子束熔丝增材制造设备几乎都是基于热阴极电子束源的室外定枪或室内动枪的轴侧送丝技术。其中，热阴极电子束源的电子枪结构复杂，操作技术难度较大；阴极寿命短，影响加工效率和成形质量；热阴极电子束源的电子枪作为室内动枪使用，电子枪自身结构体积较大，且需要多芯高压电缆传输灯丝加热电流、偏压等电压、电流量，多芯高压电缆内部的导体较多，绝缘层厚度大等因素导致电缆直径较大，弯曲半径大，极大影响了真空室内零件有效加工范围。而轴侧送丝需要十字滑台机构实现丝束对中，对操作人员技术能力要求较高；十字滑台机构的安装位置会影响熔丝成形有效加工范围；且丝材从导丝嘴到束斑熔点的距离较大，由于丝材盘绕过程产生的应力很难快速释放，容易丝材熔丝变形，使得成形精度很难得到保证。此外，热阴极电枪都需要独立真空系统，保障束源段的真空度足够高，但熔丝增材制造过程中，金属蒸气较大，导致真空环境十分恶劣，极易引起电子枪放电，从而影响成形质量。

因此，发明人提供了一种电子束增熔丝材制造装置及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种电子束增熔丝材制造装置及方法，在一个真空室内通过两个能形成圆形束斑的冷阴极电子枪倾斜一定角度对称安装，同时在两个圆形束斑交汇处将丝材垂直送进，整个加工过程无需丝束对中装置，且冷阴极电子枪的使用寿命较长，从而降低设备制造成本。

第一方面，本发明的实施例提出了一种电子束增熔丝材制造装置，该装置包括真空室，以及设于所述真空室外部的控制系统、冷却系统、真空系统、气流控制系统、高压电源A和高压电源B，所述真空室内设有平行安装的Z向运动机构A和Z向运动机构B，两端分别安装在Z向运动机构A和Z向运动机构B上的Y向运动机构，设于所述Y向运动机构上的Y向动枪熔丝单元，以及设于所述Y向动枪熔丝单元下方的X向工作台，所述X向工作台上设有金属基板；

所述Y向动枪熔丝单元包括设于所述Y向运动机构上的固定滑板，所述固定滑板上设有导丝管，以及以导丝管为中心并呈“V”字形安装的冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B，所述导丝管的一端伸出的丝材、另一端连接有送丝机构，所述冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B分别输出束流相同的电子束交汇于一点，当进行熔丝增材时，通过所述控制系统控制所述Z向运动机构A、Z向运动机构B、Y向运动机构和X向工作台之间的移动，以及所述送丝机构的送丝速度，并调节所述冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B的焦点位置，使丝材熔化形成的熔滴以“搭桥”过渡方式沉积到所述金属基板上进行零件成形。

进一步地，所述冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B中的高压电缆均为单芯结构。

进一步地，所述导丝管为长锥形结构且设有贯穿两端的导丝孔，所述导丝孔的孔径范围为1～3.5mm，其中，

所述导丝管的小端朝向所述X向工作台、大端朝向所述送丝机构，所述导丝管的大端面上设有进水管和出水管，内部设有与所述进水管和出水管联通的水冷通道。

进一步地，所述导丝管外表面通过等离子喷涂方法喷涂一层耐高温的氧化锆涂层。

进一步地，所述控制系统是基于CNC与PLC的控制系统，包括人机交互界面、运动机构控制单元、熔丝成形软件单元、真空逻辑控制单元、水冷控制单元、气流量控制单元、高压与束流调节单元，其中，

所述人机交互界面用于操作者对熔丝增材制造设备进行控制；

所述运动机构控制单元通过真空室壁上的真空航插分别连接安装于真空室内的Z向运动机构A、Z向运动机构B、Y向运动机构、送丝机构的调速电机，且还在真空室外连接X向工作台的调速电机；

所述熔丝成形软件单元用于控制运动机构按照预定轨迹运动，控制送丝机构按照预定送丝速度送丝，及按照预定束流大小调节冷阴极电子枪的束流输出；

所述真空逻辑控制单元用于控制真空系统中真空泵组的启动/停止，切换真空阀门，并将真空计检测到的真空室的真空度进行采集；

所述水冷控制单元分别控制真空泵组水冷单元、冷阴极电子枪A的阴极水冷单元、冷阴极电子枪B的阴极水冷单元、冷阴极电子枪A与冷阴极电子枪B的枪体外壳水冷单元的启动/停止，并对各个水冷单元水压和温度进行检测，对于水流压力过小与水温过高状态进行报警；

所述气流量控制单元连接气流控制系统，用于分别控制冷阴极电子枪A、冷阴极电子枪B的工作气体输入流量；

所述高压与束流调节单元连接高压电源A与高压电源B，用于分别控制两台高压电源的启动/停止、高压设定、束流调节。

进一步地，所述冷却系统包括冷却真空系统、冷阴极电子枪A枪体外壳与冷阴极电子枪B枪体外壳及导丝管的水冷单元A，冷却冷阴极电子枪A的阴极水冷单元B，以及冷却冷阴极电子枪B的阴极水冷单元C，其中，

所述水冷单元A在真空室外连接真空系统的水冷管道，且所述水冷单元A通过真空室壁设置的枪体进水/出水接口分别连接冷阴极电子枪A的枪体外壳与冷阴极电子枪B的枪体外壳水冷管道，以及导丝管的水冷管道；

所述水冷单元B通过真空室壁设置阴极A进水/出水口连接到冷阴极电子枪A的阴极水冷管道；

所述水冷单元C通过真空室壁设置阴极B进水/出水口连接到冷阴极电子枪B的阴极水冷管道。

进一步地，所述真空系统包括用于检测真空室内的真空度的真空计，以及通过真空管道与真空室内部连接的真空泵组。

进一步地，所述气流控制系统用于控制工作气体流量以调节各个冷阴极电子枪的输出束流大小，包括为冷阴极电子枪A送气的气流调控单元A与为冷阴极电子枪B送气的气流调控单元B，其中，

所述气流调控单元A通过真空室壁设置的输气管接头A连接到冷阴极电子枪A的放电腔室内；

气流调控单元B通过真空室壁设置的输气管接头B连接到冷阴极电子枪B的放电腔室内。

进一步地，所述真空室内安装通过控制线连接到控制系统的红外摄像机，所述红外摄像机用于监测真空室内熔丝成形过程及丝端定位，并将采集的视频信号传输到控制系统。

第二方面，提供了一种采用第一方面的电子束增熔丝材制造装置的制造方法，该方法包括：

将金属基板安装于X向工作台上，并通过控制系统、冷却系统、真空系统、气流控制系统、高压电源A和高压电源B进行设置各自对应的预设条件；

通过控制系统调节X向工作台到设定位置，控制Z向运动机构A、Z向运动机构B的电机将Y向动枪熔丝单元向下移动至导丝管的下端面距离金属基板的上表面5～10mm的位置处，并启动送丝机构使丝材的丝端接触金属基板；

启动气流控制系统将工作气体分别送入到冷阴极电子枪A与冷阴极电子枪B的放电腔室内，并分别接通高压电源A、高压电源B，使冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B分别形成电子束A、电子束B；

分别调节冷阴极电子枪A和冷阴极电子枪B中的聚焦电流使焦点位置与丝端熔化金属、熔池位于相同位置，并对焦点位置的丝材进行熔化；

通过控制系统控制X向工作台、Y向动枪熔丝单元按照预定轨迹运动，同时启动送丝机构将丝材同步送进，以进行当前层堆积成形；

当所述当前层堆积成形完毕时，通过控制系统关闭高压电源A、高压电源B，并关闭送丝机构，停止送丝，通过控制系统控制控制Z向运动机构A、Z向运动机构B向上移动直到达到预定高度，调整X向工作台、Y向动枪熔丝单元使导丝管下端丝材的位置达到下一层堆积成形层的起始位置，通过控制系统开启高压电源A、高压电源B，并开启送丝机构，开始送丝，并控制X向工作台、Y向动枪熔丝单元按照下一层的预定轨迹运动，同时启动送丝机构将丝材同步送进，以进行下一层堆积成形，直至拟成形的零件制造完成。

综上，本发明通过两个能形成圆形束斑的冷阴极电子枪倾斜一定角度对称安装，以及在两个圆形束斑交汇处将丝材垂直送进，使得整个加工过程无需丝束对中装置，从而大幅提高成形质量；采用冷阴极电子枪使得电子枪的阴极寿命最高达到数百小时以上，能够在恶劣的真空环境下长期稳定工作，且冷阴极电子枪结构简洁，体积小，用做真空室内动枪时，可减轻运动机构负荷，从而降低设备制造成本；此外，采用两个冷阴极电子枪，使得功率大，成形效率将大幅提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种电子束熔丝增材制造装置的总体结构示意图。

图2是本发明中导丝管的示意图。

图3是本发明中控制系统的示意图。

图4是本发明中冷却系统的示意图。

图5是本发明中一种电子束熔丝增材制造方法的流程图。

图中：

1-控制系统；101-人机交互界面；102-运动机构控制单元；103-熔丝成形软件单元；104-真空逻辑控制单元；105-水冷控制单元；1051-真空泵组水冷单元；1052-冷阴极电子枪A的阴极水冷单元；1053-冷阴极电子枪B的阴极水冷单元；1054-冷阴极电子枪A与冷阴极电子枪B的枪体外壳水冷单元；106-气流量控制单元；107-高压与束流调节单元；2-冷却系统；3-真空系统；30-真空计；31-真空管道；32-真空泵组；4-气流控制系统；5-高压电源A；51-高压电缆A；6-高压电源B；61-高压电缆B；7-Z向运动机构A；71-Z向调速电机A；72-立柱A；73-丝杠A；74-固定轴承A1；75-固定轴承A2；8-Z向运动机构B；81-Z向调速电机B；82-立柱B；83-丝杠B；84-固定轴承B1；85-固定轴承B2；9-Y向动枪熔丝单元；10-冷阴极电子枪A；11-冷阴极电子枪B；111-电子束A；112-电子束B；12-导丝管；122-氧化锆涂层；123-导丝孔；124-水冷通道；13-送丝机构；14-固定滑板；15-X向工作台；16-金属基板；17-零件；18-真空室；181-控制线181；182-红外摄像机；19-Y向运动机构；191-Y向调速电机；192-水平梁；193-丝杠C；194-固定轴承C1；195-固定轴承C2；20-丝材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种电子束熔丝增材制造装置的总体结构示意图，如图1所示，该装置包括真空室18，以及设于所述真空室18外部的控制系统1、冷却系统2、真空系统3、气流控制系统4、高压电源A 5和高压电源B 6，所述真空室18内设有平行安装的Z向运动机构A 7和Z向运动机构B 8，两端分别安装在Z向运动机构A 7和Z向运动机构B 8上的Y向运动机构19，设于所述Y向运动机构19上的Y向动枪熔丝单元9，以及设于所述Y向动枪熔丝单元9下方的X向工作台15，所述X向工作台上15设有金属基板16，所述Y向动枪熔丝单元9包括设于所述Y向运动机构19上的固定滑板14，所述固定滑板14上设有导丝管12，以及以导丝管12为中心并呈“V”字形安装的冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11，所述导丝管12的一端伸出的丝材20、另一端连接有送丝机构13，所述冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11分别输出束流相同的电子束交汇于一点。

需要说明的是，本发明制造装置当进行熔丝增材时，通过所述控制系统1控制所述Z向运动机构A 7、Z向运动机构B 8、Y向运动机构19和X向工作台15之间的移动，以及所述送丝机构13的送丝速度，并调节所述冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11的焦点位置，使丝材20熔化形成的熔滴以“搭桥”过渡方式沉积到所述金属基板16上进行零件成形。由于本发明通过两个能形成圆形束斑的冷阴极电子枪倾斜一定角度对称安装，以及在两个圆形束斑交汇处将丝材20垂直送进，使得整个加工过程无需丝束对中装置，可以简化控制系统1，从而大幅提高成形质量。且采用双枪结构，不仅可以提高功率，而且可以在有限的真空室空间，增大有效成形范围。

进一步地，所述冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11中的高压电缆均为单芯结构，由于采用冷阴极电子枪，所以冷阴极电子束源的高压传输极其简洁，仅需要单芯高压电缆即可实现，且采用单芯结构，使得弯曲半径小，可以做室内动枪用，大幅提高了电子枪的运动行程。而且本发明中电子枪的阴极寿命最高达到数百小时以上，从而减少了灯丝更换频率，有效提高成形质量和成形效率，使得本发明装置能够在恶劣的真空环境下长期稳定工作。此外，冷阴极电子枪结构简洁，体积小，用做真空室内动枪时，可减轻运动机构负荷，从而降低设备制造成本。

具体的，所述冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11枪体内的束流通道上均安装聚焦线圈，该两个聚焦线圈用于调节两个电子枪中束流的焦点位置。

请参阅图2，所述导丝管12为长锥形结构且设有贯穿两端的导丝孔123，所述导丝孔123的孔径范围为1～3.5mm，本发明中可以根据所用丝材20直径选择不同导丝孔径的导丝管12。

具体的，所述导丝管12的小端朝向所述X向工作台15、大端朝向所述送丝机构13，所述导丝管13的大端面上设有进水管和出水管，内部设有与所述进水管和出水管联通的水冷通道124，便于对所述导丝管12进行冷却，以保障所述导丝管12长期稳定工作。

作为另一种优选实施方式，所述导丝管12外表面通过等离子喷涂方法喷涂一层耐高温的氧化锆涂层122，该氧化锆涂层122用于防止束流调节过程中电子束照射到所述导丝管12上而使其损坏。

请参阅图3，所述控制系统1是基于CNC与PLC的控制系统，包括人机交互界面101、运动机构控制单元102、熔丝成形软件单元103、真空逻辑控制单元104、水冷控制单元105、气流量控制单元106、高压与束流调节单元107，其中，

所述人机交互界面101用于操作者对熔丝增材制造设备进行控制，以实现整个加工工艺过程；

所述运动机构控制单元102通过真空室18壁上的真空航插分别连接安装于真空室18内的Z向运动机构A 10、Z向运动机构B 11、Y向运动机构19、送丝机构13的调速电机，且还在真空室18外连接X向工作台15的调速电机；

所述熔丝成形软件单元103用于控制运动机构按照预定轨迹运动，控制送丝机构13按照预定送丝速度送丝，及按照预定束流大小调节冷阴极电子枪的束流输出；

所述真空逻辑控制单元104用于控制真空系统4中真空泵组32的启动/停止，切换真空阀门，并将真空计30检测到的真空室18的真空度进行采集；

所述水冷控制单元105分别控制真空泵组水冷单元1051、冷阴极电子枪A的阴极水冷单元1052、冷阴极电子枪B的阴极水冷单元1053、冷阴极电子枪A与冷阴极电子枪B的枪体外壳水冷单元1054的启动/停止，并对各个水冷单元水压和温度进行检测，对于水流压力过小与水温过高状态进行报警；

所述气流量控制单元106连接气流控制系统4，用于分别控制冷阴极电子枪A 10、冷阴极电子枪B 11的工作气体输入流量；

所述高压与束流调节单元107连接高压电源A 5与高压电源B 6，用于分别控制两台高压电源的启动/停止、高压设定、束流调节。

请参阅图4，所述冷却系统包括真空泵组冷却单元1051、冷却冷阴极电子枪A 10枪阴极的水冷单元1052、冷却冷阴极电子枪B 11枪阴极的水冷单元1053，以及冷阴极电子枪A10枪体外壳与冷阴极电子枪B 11枪体外壳及导丝管的水冷单元1054，其中，

所述真空泵组冷却单元1051在真空室18外连接真空系统3的水冷管道；

所述冷阴极电子枪A的水冷单元1052通过真空室壁设置阴极A进水/出水口连接到冷阴极电子枪A 10的阴极水冷管道；

所述冷阴极电子枪B的水冷单元1053通过真空室壁设置阴极B进水/出水口连接到冷阴极电子枪B 11的阴极水冷管道；

且所述冷阴极电子枪A 10枪体外壳与冷阴极电子枪B 11枪体外壳及导丝管的水冷单元1054通过真空室壁设置的枪体进水/出水接口分别连接冷阴极电子枪A 10枪体外壳与冷阴极电子枪B 11枪体外壳的水冷管道，以及导丝管12的水冷管道。

请再参阅图1，所述真空系统3包括用于检测真空室18内的真空度的真空计30，以及通过真空管道31与真空室18内部连接的真空泵组32，通过所述真空泵组32将所述真空室18内的真空度抽取到设定值。

进一步地，所述真空室18内安装通过控制线181连接到控制系统1的红外摄像机182，所述红外摄像机182用于监测真空室18内熔丝成形过程及丝端定位，并将采集的视频信号传输到控制系统1。

作为另一种优选实施方式，所述气流控制系统4用于控制工作气体流量以调节各个冷阴极电子枪的输出束流大小，包括为冷阴极电子枪A 10送气的气流调控单元A与为冷阴极电子枪B 11送气的气流调控单元B，其中，

所述气流调控单元A通过真空室壁设置的输气管接头A连接到冷阴极电子枪A 10的放电腔室内；

气流调控单元B通过真空室壁设置的输气管接头B连接到冷阴极电子枪B 11的放电腔室内。

请再参阅图1，本发明中所述高压电源A 5与高压电源B 6拓扑电路结构相同，输出功率相同。高压电源A 5输出高压通过高压电缆A 51通过真空室18壁的密封贯穿部件连接到真空室18内的冷阴极电子枪A 10的阴极，高压电源A 5将高压反馈信号A与束流反馈信号A反馈到控制系统1中的高压与束流调节单元107；高压电源B 6输出高压通过高压电缆B 61通过真空室18壁的密封贯穿部件连接到真空室18内的冷阴极电子枪B 11的阴极，高压电源B 6将高压反馈信号B与束流反馈信号B反馈到控制系统1中的高压与束流调节单元107。

需要说明的是，本发明中所述Z向运动机构A 7与Z向运动机构B 8是相同结构，均采用滚珠丝杠机构，便于所述Y向动枪熔丝单元9两端的同步运动。

作为一种优选实施方式，所述Z向运动机构A 7由Z向调速电机A71、立柱A 72、丝杠A 73、固定轴承A1 74、固定轴承A2 75组成，其中立柱A 72垂直安装于真空室18内部的下表面，所述立柱A 72的一面被固定在真空室18的一个内侧面；丝杠A 73与固定轴承A1 74、固定轴承A2 75安装于立柱A 72同侧；固定轴承A1 74安装于丝杠A 73的上端，固定轴承A2 75安装于丝杠A 73的下端，Z向调速电机A 71安装于丝杠A 73上端。

具体的，所述Z向运动机构B 8由Z向调速电机B 81、立柱B 82、丝杠B 83、固定轴承B1 84、固定轴承B2 85组成，其中立柱B 82垂直安装于真空室18内部的下表面，所述立柱B82的一面被固定在真空室18的另外一个内侧面；丝杠B 83与固定轴承B1 84、固定轴承B285安装于立柱B82同侧；固定轴承B1 84安装于丝杠B 83的上端，固定轴承B2 85安装于丝杠B83的下端，Z向调速电机B 81安装于丝杠B 83上端。

作为另一种优选实施方式，所述Y向运动机构19由Y向调速电机191、水平梁192、丝杠C 193、固定轴承C1 194、固定轴承C2 195组成，其中，

所述丝杠C 193通过两端分别安装固定轴承C1 194、固定轴承C2 195安装于水平梁192的一面；所述Y向调速电机191安装于丝杠C 193的一端；所述水平梁192的一端通过丝母座A安装于丝杠A 73上，所述水平梁192的另一端通过丝母座B安装于丝杠B 83上；所述水平梁192通过Z向调速电机A 71与Z向调速电机B 81的正转/反转实现上下运动；所述Z向调速电机A 71与Z向调速电机B 81的运动速度相同，运动方向同步，保障安装于丝杠A 73、丝杠B 83上的水平梁192不会出现卡死现象。

请再参阅图1，具体的，所述固定滑板14通过丝母座C安装于丝杠C193上。所述固定滑板14通过Y向调速电机191正转/反转带动冷阴极电子枪A 10、冷阴极电子枪B 11、导丝管12、送丝机构13进行左、右运动。所述X向工作台15通过丝母D安装于丝杠D上，X向调速电机安装于真空室外，通过控制X向调速电机的正转/反转可控制X向工作台15在真空室18内进行前、后运动，且所述X向工作台15可以开到真空室18外部的导引台上。

综上，本发明通过两个能形成圆形束斑的冷阴极电子枪倾斜一定角度对称安装，以及在两个圆形束斑交汇处将丝材20垂直送进，使得整个加工过程无需丝束对中装置，从而大幅提高成形质量；采用冷阴极电子枪使得电子枪的阴极寿命最高达到数百小时以上，能够在恶劣的真空环境下长期稳定工作，且冷阴极电子枪结构简洁，体积小，用做真空室内动枪时，可减轻运动机构负荷，从而降低设备制造成本；此外，采用两个冷阴极电子枪，使得功率大，成形效率将大幅提高。

第二方面，本发明还提供了一种电子束熔丝增材制造方法，该方法采用第一方面的如图1所示的电子束熔丝增材制造装置，包括以下步骤S110～步骤S160：

步骤S110，将金属基板安装于X向工作台上，并通过控制系统1、冷却系统2、真空系统3、气流控制系统4、高压电源A 5和高压电源B 6进行设置各自对应的预设条件。

步骤S120，通过控制系统1调节X向工作台15到设定位置，控制Z向运动机构A 7、Z向运动机构B 8的电机将Y向动枪熔丝单元9向下移动至导丝管12的下端面距离金属基板16的上表面5～10mm的位置处，并启动送丝机构13使丝材20的丝端接触金属基板16。

步骤S130，启动气流控制系统4将工作气体分别送入到冷阴极电子枪A 10与冷阴极电子枪B 11的放电腔室内，并分别接通高压电源A 5、高压电源B 6，使冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11分别形成电子束A111、电子束B 112。

步骤S140，分别调节冷阴极电子枪A 10和冷阴极电子枪B 11中的聚焦电流使焦点位置与丝端熔化金属、熔池位于相同位置，并对焦点位置的丝材20进行熔化。

步骤S150，通过控制系统1控制X向工作台15、Y向动枪熔丝单元9按照预定轨迹运动，同时启动送丝机构13将丝材20同步送进，以进行当前层堆积成形。

步骤S160，当所述当前层堆积成形完毕时，通过控制系统1关闭高压电源A 5、高压电源B 6，并关闭送丝机构13，停止送丝，通过控制系统1控制控制Z向运动机构A 7、Z向运动机构B 8向上移动直到达到预定高度，调整X向工作台15、Y向动枪熔丝单元9使导丝管12下端丝材20的位置达到下一层堆积成形层的起始位置，通过控制系统1开启高压电源A 5、高压电源B 6，并开启送丝机构13，开始送丝，并控制X向工作台15、Y向动枪熔丝单元9按照下一层的预定轨迹运动，同时启动送丝机构13将丝材20同步送进，以进行下一层堆积成形，直至拟成形的零件制造完成。

请参阅图5，需要进一步进行说明的是，本发明提供了一种电子束熔丝增材制造方法的详细步骤如下：

步骤一：检查本发明装置的外部连接的水、电、气，打开真空室18大门，将金属基板16安装于X向工作台15上；

步骤二：将所用丝材20安装于送丝机构13上，丝材20引入到导丝管12内，关闭真空室18大门；

步骤三：通过人机交互界面101，启动冷却系统2，分别将冷却水引入到冷阴极电子枪A 10的阴极、冷阴极电子枪B 11的阴极、冷阴极电子枪A 10的枪体外壳、冷阴极电子枪B11的枪体外壳、导丝管12及真空泵组32；

步骤四：预热真空泵组32，直到预热时间达到设定要求；

步骤五：启动真空泵组32，开始抽真空，控制系统1的真空逻辑控制单元104根据真空计30检测结果判断真空泵组32高/低真空切换启动时刻，并检测真空度是否达到设计要求；

步骤六：真空室18真空度未达到设计要求，继续抽真空；

步骤七：通过控制系统1的运动机构控制单元102，调节X向工作台15到设定位置，控制Z向运动机构A 7、Z向运动机构B 8的电机将Y向动枪熔丝单元9向下移动；通过红外摄像机182检测到导丝管12下端面距离金属基板16的上表面约5～10mm的位置处，停止下移；

步骤八：启动送丝机构13，使丝端接触金属基板16，停止送丝；

步骤九：控制系统1中的气流量控制单元106启动气流控制系统4，将工作气体分别送入到冷阴极电子枪A 10与冷阴极电子枪B 11的放电腔室内，启动高压电源A 5并调节加速电压至设定值，同时启动高压电源B6并调节加速电压至设定值，分别使冷阴极电子枪A10、冷阴极电子枪B11的放电腔室内工作气体放电，并分别通过冷阴极电子枪A 10、冷阴极电子枪B 11阴极、阳极之间加速电压加速，形成电子束A 111、电子束B112；

步骤十：分别调节冷阴极电子枪A 10的聚焦线圈A、冷阴极电子枪B11的聚焦线圈B的聚焦电流，使电子束A 111、电子束B 112的焦点位置熔化通过导丝管12输出端的丝材20，使焦点位置与丝端熔化金属、熔池位于相同位置；

步骤十一：控制系统1的熔丝成形软件单元103根据预先设定当前成形层的运动轨迹，控制Y向动枪熔丝单元9、X向工作台15按照预定轨迹运动，启动送丝机构13，丝材20同步送进；

步骤十二：控制系统1检测当前层堆积成形是否加工完毕，未完成，则重复步骤十一；

步骤十三：当前层堆积成形完毕，则关闭高压电源A 5、高压电源B6，关闭束流，送丝机构13停止送丝；

步骤十四：控制系统的熔丝成形软件单元103根据预先设定的下一个堆积成形层高度，控制控制Z向运动机构A 7、Z向运动机构B 8带动Y向动枪熔丝单元9向上移动，直到达到预定高度，即停止上移；

步骤十五：调整X向工作台15、Y向动枪熔丝单元9，使导丝管12下端丝材20的位置，达到步骤十四所述下一个堆积成形层的起始位置，启动高压电源A 5、高压电源B 6，开启束流，开始送丝，控制系统1的熔丝成形软件单元103设定所述下一个堆积成形层的运动轨迹，控制Y向动枪熔丝单元9、X向工作台15按照预定轨迹运动，丝材20同时送进，开始成形；

步骤十六：控制系统判断步骤十四所述下一个堆积成形层是否加工完毕，未完毕，重复步骤十五；

步骤十七：步骤十四所述下一个堆积成形层加工完毕，则关闭高压电源A 5、高压电源B 6，关闭束流，停止送丝；

步骤十八：拟成形的零件17是否制造完成，未完成，则重复步骤十四～步骤十七；

步骤十九：拟成形的零件17制造完成，使Y向动枪熔丝单元9向上移动脱离成形零件17，并关闭所有运动机构的电机，关闭送丝机构13，关闭气流控制系统4，待零件17冷却后，关闭真空泵组32，真空室18放气到大气压，打开真空室18，将X向工作台15移动到导引台上，取下成形零件17；

步骤二十：是否需要继续加工下一个零件；

步骤二十一：需要继续加工零件，检查剩余丝材20是否能够成形下一个零件，不够则需要更换新丝盘，启动送丝机构13，通过丝材20导入到导丝管12内，并丝端位置调整到距离导丝管12下端面5-6mm范围内，停止送丝；

步骤二十二：重新安装金属基板16，将X向工作台15移动到真空室18内，关闭真空室18大门，重复步骤五～步骤二十；

步骤二十三：不需要继续加工零件，则关闭所有的水、电、气。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。