[发明专利]一种等离子体束径可控的静电聚焦喷头装置及喷射方法

摘要

本发明属于等离子体加工领域，并具体公开了一种等离子体束径可控的静电聚焦喷头装置及喷射方法，其包括喷头组件、聚焦组件和变焦组件，喷头组件包括从上至下依次同轴设置的衔接头、辅助接头和输出接头，衔接头内开设有用于放置高压电极的通孔及进气通道，辅助接头内开设有电离腔，输出接头内开设有电极环腔，底部设有等离子束输出口；聚焦组件包括间隔设置的三个电极环，三个电极环连接不同电位且电压可调，电极环中部开设有通气孔，等离子体射流经通气孔从等离子束输出口送出；变焦组件用于调节电极环的间距，实现等离子体射流聚焦焦点的调节。本发明可实现等离子体射流焦距的调节，可用于不同高度材料的加工，并可实现曲面上的自由加工。

主权项

1.一种等离子体束径可控的静电聚焦喷头装置，其特征在于，包括喷头组件、聚焦组件和变焦组件，其中：所述喷头组件包括从上至下依次同轴设置的衔接头(3)、辅助接头(16)和输出接头(15)，所述衔接头(3)内开设有用于放置高压电极(1)的通孔以及与通孔导通的用于通入稀有气体的进气通道(4)，所述辅助接头(16)内开设有与所述通孔导通的电离腔(6)，所述高压电极(1)由所述通孔插入并延伸至电离腔(6)中，所述输出接头(15)内开设有电极环腔，底部设有等离子束输出口(10)；所述聚焦组件包括间隔设置在电极环腔中的三个电极环，三个电极环连接不同的电位且电压可调，每个所述电极环的中部开设有通气孔(17)，三个通气孔(17)导通以形成等离子体射流通道，该等离子体射流通道与所述电离腔(6)以及等离子束输出口(10)同轴设置且导通，以将在电离腔(6)中产生的等离子体射流从等离子束输出口(10)送出；所述变焦组件安装在所述输出接头(15)上，用于调节三个电极环的间距进而实现等离子体射流聚焦焦点的调节，所述变焦组件包括竖直布置的两根导向杆(8)、竖直布置的丝杆(11)、安装在丝杆(11)上的第一齿轮(12)、与第一齿轮(12)啮合的第二齿轮(13)以及与第二齿轮(13)相连且安装在输出接头(15)上的旋钮(14)，所述三个电极环套装在导向杆(8)和丝杆(11)上，其中位于上方和下方的电极环与丝杆(11)螺纹连接，位于中间的电极环与输出接头(15)的内壁固定连接，通过旋转旋钮(14)使得上方和下方的电极环做相向或反向运动，以改变电极环之间的相对距离，进而改变电极环之间的电场分布，从而实现对等离子体射流聚焦焦点的改变，实现跨尺度加工，并且上方和下方的电极环运动的距离在任意时刻保持相同，中间电极环则位置保持不变，从而保证三个电极环随时都处于以中间电极环为对称轴的对称状态；所述三个电极环为直径相同且厚度相同的金属片，以上中下的方式间隔排布，每个电极环通气孔的周围设有三个等间距圆孔，其中，中间电极环的三个圆孔均作为导向孔，用于防止上下电极环在运动过程中发生偏离以及保证电场平衡，上方电极环的两个圆孔为与导向杆(8)配合的导向孔(19)，剩下的第三个孔为与丝杆(11)螺纹配合的变焦孔(18)，下方电极环的两个圆孔为与导向杆(8)配合的导向孔(19)，剩下的第三个孔为与丝杆(11)螺纹配合的变焦孔(18)，三个上下间隔设置的电极环与电极环腔共同形成了空气‑电极环‑空气‑电极环‑空气‑电极环‑空气的对称结构。