测试设备：上位机、A/D、D/A转换器，ATA-4315高压放大器、灯丝、对中线圈、消像散线圈、主聚焦线圈、辅助聚焦线圈、偏转线圈、板材箱、基板、升降台、二次电子探测板等。
图：电子束增材制造设备控制系统
实验过程：
电子束3D打印设备光柱体及控制系统结构如上图所示。所使用的线圈均为磁线圈。电子束由灯丝引出，在各线圈的磁场作用下，聚焦、偏转，最终会聚于工件表面。其中，主聚焦线圈电感较大，采用恒流源进行控制。动态调节部分由电感小得多的空心辅助聚焦线圈完成，控制器接受上位机的指令，控制电子束按预设轨迹扫描，在改变电子束位置的同时，查询聚焦消像散校正表，动态调节通入辅助聚焦线圈、消像散线圈的电流，达到动态聚焦、消像散的目的。二次电子探测板收集反射电子，用以成像，其图像清晰度可以反映束板的质量。
在电子光学领域，像差理论常用于分析电子在电场和磁场中的运动轨迹，实际运动轨迹和高斯轨迹的偏差，即为像差，按照类别可分为球差、慧差、场曲(散焦)、像散、畸变、色差。实际上，3D打印设备的电子束都在百微米量级，应考虑散焦和像散等对束径影响较大的低阶像差。散焦和像散的表达式如下：
图：散焦和像散的表达式
由此式可知，散焦和像散受到偏转距离和方向的影响，无偏转时，没有散焦和像散，此时束斑质量最佳，当电子束偏转时，散焦和像散大小随偏转位置而改变。因此需要对不同位置的电子束进行校正。
实验结果：
图：实验对比图像
(1)采用动态聚焦、消像散控制技术能够有效地提高束斑质量，校准后，电子束增材制造设备可以实现12°以内清晰成像，成功将图像EOG值由0.81提高至1。大偏转角下，电子束受到像散像差的影响，形状发生畸变，因此电子图像会在某一方向获得很高的分辨率，但在其他方向上较为模糊。消像散之后，电子图像各方向清晰度一致，束斑形状得到改善。
(2)动态聚焦无法有效改善束斑形状，但可以减小束斑直径，增强电子图像某一方向的清晰度。
安泰ATA-4315高压放大器：
图：ATA-4315高压放大器指标参数
本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。
