CN107824795A - 实验型3d打印用金属雾化制粉装置及其制粉方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验型3D打印用金属雾化制粉装置及其制粉方法，装置包括钢架平台、设于钢架平台上的雾化罐以及设于雾化罐上方的真空熔炼炉，真空熔炼炉和雾化罐均与一抽真空装置连通，雾化罐竖直设于钢架平台上，雾化罐的顶部设有一雾化喷盘；真空熔炼炉竖直设于雾化罐的顶部上方，真空熔炼炉内的底部设有一熔炼坩埚，熔炼坩埚的底部设有一导流管与位于其下方的雾化喷盘连通，熔炼坩埚内插设一能升降以打开或堵塞导流管的内塞杆。本发明设备占地小，单炉熔炼制粉为10KG左右，制粉测试时的成本低，适用于一般的实验室使用。且本发明的制粉方法工艺简单，也适用于粉末冶金用粉末的研制，可用于熔点小于1800℃的金属及非金属材料的高压气体雾化制粉。

Description

实验型3D打印用金属雾化制粉装置及其制粉方法
技术领域
本发明涉及一种金属粉末制备领域，特别涉及一种实验型生产3D打印用金属粉末的装置及其制粉方法。
背景技术
近年来，金属3D打印技术发展速度非常快，而作为金属3D打印用原材料金属粉末需满足粒径细小（主要选用粒径10~53um段）、粒度分布窄、球形度高、流动性好、氧含量低、无卫星粉和松装密度高等特点。目前市场已有的金属雾化制粉装置普遍存在符合3D打印用的粉体成品得率低，卫星粉比较多等弊端。且目前3D打印设备所需粉体材料基本都需要定向开发，单炉熔炼制粉普遍在20KG左右以上，用于制粉测试时实验成本高，占地尺寸较大，无法在常规实验室安装使用。市场急需一种测试成本低，设备占地尺寸小，主要用于各高校、科研院所、企业等单位实验室进行高品质3D打印用金属粉体研发的小型实验型设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种单炉实验成本低、设备占地小的实验型3D打印用金属雾化制粉装置及其制粉方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种实验型3D打印用金属雾化制粉装置，包括钢架平台、设于钢架平台上的雾化罐以及设于雾化罐上方的真空熔炼炉，所述真空熔炼炉和雾化罐均与一抽真空装置连通，所述雾化罐竖直设于钢架平台上，雾化罐的顶部设有一雾化喷盘；所述真空熔炼炉竖直设于雾化罐的顶部上方，真空熔炼炉内的底部设有一熔炼坩埚，所述熔炼坩埚的底部设有一导流管与位于其下方的雾化喷盘连通，所述熔炼坩埚内插设一能升降以打开或堵塞导流管的内塞杆。
作为上述技术方案的进一步改进：
上述装置中，所述熔炼坩埚的高度为170mm～180mm，底部外周直径为140mm ～150mm，底部的厚度为20mm～25mm。
上述装置中，所述雾化罐的正下方密封连接有第一接粉罐，雾化罐的一侧通过一旋风除尘器连接有第二接粉罐，所述旋风除尘器的顶部设有与外界连通的排气管。
上述装置中，还包括高压气瓶组，所述雾化罐通过气体高压阀门管道、充气阀管道与所述高压气瓶组的汇集管道连通，且所述气体高压阀门管道上设有气体高压阀门，充气阀管道上设有充气阀。
上述装置中，所述充气阀管道还与所述真空熔炼炉连通。
上述装置中，还包括用于对真空熔炼炉加热的中频加热电源。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置制备金属粉末的方法，包括如下步骤：
1） 将待制粉金属材料放入真空熔炼炉的熔炼坩埚内，启动抽真空装置对真空熔炼炉及雾化罐进行抽真空处理；
2） 待真空熔炼炉及雾化罐内达到设定真空度时，启动中频加热电源对所述金属材料加热进行熔融处理；
3） 在金属材料熔化后再将熔炼坩埚的温度升至略高于金属材料的熔点，启动充气阀使真空熔炼炉内充满氩气或氮气至微正压；
4） 在金属材料达到雾化温度后使熔炼坩埚内的内塞杆上升，熔化后的金属液体顺着导流管流向雾化喷盘，同时开启气体高压阀门，通过雾化喷盘对金属液体进行高压喷雾制粉；
5） 制成的粉末大部分集中收集至第一接粉罐内，少量细粉经旋风除尘器集中后收集至第二接粉罐内，进入系统的气体通过排气管排至室外或通过布袋除尘器后排至室外。
上述方法中，所述步骤1）中，真空熔炼炉及雾化罐内的真空度设置为1Pa～1*10- 3Pa。
上述方法中，所述步骤2）中，熔融处理时的温度根据金属材料的工艺要求设置为100℃～2000℃。
上述方法中，所述步骤4）中，高压喷雾制粉时的喷雾压力根据不同材料、不同粒度要求设置为0～5.0Pa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，将真空熔炼炉竖直设于雾化罐的顶部上方，且真空熔炼炉内底部所设的熔炼坩埚通过一导流管与雾化罐顶部的雾化喷盘连通，熔炼坩埚内插设一能升降以打开或堵塞导流管的内塞杆。使本发明的装置设备占地小，单炉熔炼制粉为10KG左右，制粉测试时的实验成本低，适用于一般的实验室使用。
2.本发明的制粉方法工艺简单，同时也适用于粉末冶金用粉末的研制，可用于不锈钢、铁基、钴基、铜、钎焊料、铝合金、金、银及合金等熔点小于1800℃的金属及非金属材料的高压气体雾化制粉。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中A处的局部放大示意图。
图例说明：
1、熔炼坩埚；2、抽真空装置；3、真空熔炼炉；4、雾化罐；5、中频加热电源；6、内塞杆；7、充气阀；8、导流管；9、气体高压阀门；10、雾化喷盘；11、第一接粉罐；12、旋风除尘器；13、第二接粉罐；14、排气管；15、钢架平台；16、高压气瓶组。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
参见图1和图2，一种本发明的实验型3D打印用金属雾化制粉装置实施例，包括钢架平台15、雾化罐4、真空熔炼炉3、中频加热电源5以及高压气瓶组16，真空熔炼炉3和雾化罐4均与一抽真空装置2连通，雾化罐4竖直设于钢架平台15上，并通过气体高压阀门管道、充气阀管道与与高压气瓶组16的汇集管道连通，且气体高压阀门管道上设有气体高压阀门9，充气阀管道上设有充气阀7，雾化罐4的顶部设有一雾化喷盘10；真空熔炼炉3竖直设于雾化罐4的顶部上方，充气阀管道还与真空熔炼炉3连通，真空熔炼炉3内的底部设有一熔炼坩埚1，熔炼坩埚1的底部设有一导流管8与位于其下方的雾化喷盘10连通，熔炼坩埚1内插设一能升降以打开或堵塞导流管的内塞杆6。充气阀7用于向真空熔炼炉3内充入惰性气体（氩气或氮气）至炉内微正压，以使熔化后的金属液体从导流管8流出。中频加热电源5用于对真空熔炼炉3加热。高压气瓶组16主要用于系统雾化时供应高压气体。开启气体高压阀门9，即可对顺着导流管8流向雾化喷盘10的金属液体进行高压喷雾制粉。本发明的单炉熔炼制粉为10KG左右，制粉测试时的实验成本低，占地尺寸小，适用于一般的实验室使用。
本实施例中，熔炼坩埚1的高度为170mm～180mm，底部外周直径为140mm ～150mm，底部的厚度为20mm～25mm。
本实施例中，中频加热电源5和高压气瓶组16均可设于地面上，以进一步降低整个装置的高度。
本实施例中，雾化罐4的正下方密封连接有第一接粉罐11，雾化罐4的一侧通过一旋风除尘器12连接有第二接粉罐13，旋风除尘器12的顶部设有排气管14。制成的粉末大部分集中收集至第一接粉罐11内，少量细粉经旋风除尘器12集中后收集至第二接粉罐13内，进入系统的气体通过排气管14排至室外或通过布袋除尘器后排至室外。
本实施例中，钢架平台15主要是对整个设备进行支撑固定，同时方便技术员对设备进行操作和维护维修。
利用本发明装置制备金属粉末的方法包括以下步骤：
1） 将待制粉金属材料放入熔炼坩埚1内，启动抽真空装置2对真空熔炼炉3及雾化罐4进行抽真空处理，真空熔炼炉3及雾化罐4内的真空度一般设置在1Pa～1*10-3Pa之间；
2） 待真空熔炼炉3及雾化罐4内达到设定真空度时，启动中频加热电源5对金属材料进行熔融处理，熔融处理时的温度根据金属材料的工艺要求一般设置为100℃～2000℃；
3） 在金属材料熔化后再将熔炼坩埚1的温度升至略高于金属材料的熔点，启动充气阀7使真空熔炼炉3内充满氩气或氮气至微正压；
4） 在金属材料达到雾化温度后熔炼坩埚1内的内塞杆6上升，金属液体即顺着导流管8流向雾化喷盘10，同时开启气体高压阀门9，通过雾化喷盘10对金属液体进行高压喷雾制粉，高压喷雾制粉时的喷雾压力根据不同材料、不同粒度要求设置在0～5.0Pa之间；
5） 制成的粉末大部分集中收集至第一接粉罐11内，少量细粉经旋风除尘器12集中后收集至第二接粉罐13内，进入系统的气体通过排气管14排至室外或通过布袋除尘器后排至室外。

Claims (10)

1.一种实验型3D打印用金属雾化制粉装置，包括钢架平台、设于钢架平台上的雾化罐以及设于雾化罐上方的真空熔炼炉，所述真空熔炼炉和雾化罐均与一抽真空装置连通，其特征在于：所述雾化罐竖直设于钢架平台上，雾化罐的顶部设有一雾化喷盘；所述真空熔炼炉竖直设于雾化罐的顶部上方，真空熔炼炉内的底部设有一熔炼坩埚，所述熔炼坩埚的底部设有一导流管与位于其下方的雾化喷盘连通，所述熔炼坩埚内插设一能升降以打开或堵塞导流管的内塞杆。
2.根据权利要求1所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，其特征在于：所述熔炼坩埚的高度为170mm～180mm，底部外周直径为140mm ～150mm，底部的厚度为20mm～25mm。
3.根据权利要求2所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，其特征在于：所述雾化罐的正下方密封连接有第一接粉罐，雾化罐的一侧通过一旋风除尘器连接有第二接粉罐，所述旋风除尘器的顶部设有与外界连通的排气管。
4.根据权利要求3所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，其特征在于：还包括高压气瓶组，所述雾化罐通过气体高压阀门管道、充气阀管道与所述高压气瓶组的汇集管道连通，且所述气体高压阀门管道上设有气体高压阀门，充气阀管道上设有充气阀。
5.根据权利要求4所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，其特征在于：所述充气阀管道还与所述真空熔炼炉连通。
6.根据权利要求5所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置，其特征在于：还包括用于对所述真空熔炼炉加热的中频加热电源。
7.一种利用权利要求6所述的实验型3D打印用金属雾化制粉装置制备金属粉末的方法，其特征在于包括如下步骤：
1） 将待制粉金属材料放入真空熔炼炉的熔炼坩埚内，启动抽真空装置对真空熔炼炉及雾化罐进行抽真空处理；
2） 待真空熔炼炉及雾化罐内达到设定真空度时，启动中频加热电源对所述金属材料加热进行熔融处理；
3） 在金属材料熔化后再将熔炼坩埚的温度升至略高于金属材料的熔点，启动充气阀使真空熔炼炉内充满氩气或氮气至微正压；
4） 在金属材料达到雾化温度后使熔炼坩埚内的内塞杆上升，熔化后的金属液体顺着导流管流向雾化喷盘，同时开启气体高压阀门，通过雾化喷盘对金属液体进行高压喷雾制粉；
5） 制成的粉末大部分集中收集至第一接粉罐内，少量细粉经旋风除尘器集中后收集至第二接粉罐内，进入系统的气体通过排气管排至室外或通过布袋除尘器后排至室外。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，真空熔炼炉及雾化罐内的真空度设置为1Pa～1*10-3Pa。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，熔融处理时的温度根据金属材料的工艺要求设置为100℃～2000℃。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，高压喷雾制粉时的喷雾压力根据不同材料、不同粒度要求设置为0～5.0Pa。
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