CN108672710A - 一种气雾化连续制备3d打印用金属粉的装置 - Google Patents
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Abstract
一种气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,所述装置自上而下包括雾化喷盘固定顶板、雾化喷盘、电磁屏蔽环以及高频感应线圈;雾化喷盘包括主雾化气流喷口和辅助保护气流喷口;主雾化气流喷口喷出的雾化气流在所述丝材上汇聚形成雾化中心,与所述高频感应线圈加热丝材端部形成的熔化中心重合;喷盘辅助保护气流喷口为环孔布置,所述雾化气流喷口与环形气腔连通,所述雾化气流喷口是拉瓦尔环缝;所述环孔与雾化气流喷口之间的部分为环形阻隔部,该环形阻隔部中空设置,其内填充非牛顿流体,环形阻隔部内腔的顶壁和底壁上固定多个向中心延伸的金属丝杆。该装置能够提高产品粒径范围的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域,特别涉及一种雾化法制备金属粉末技术领域,具体涉及一种金属气雾化装置。
背景技术
金属气雾化生产3D打印金属粉的方法和装置在快速的发展,中国专利(公布号CN107900366A,名称:气雾化连续制备3D打印用钛或钛合金粉末的装置及方法)公开了如下技术方案:所述装置自上而下包括雾化喷盘固定顶板、雾化喷盘、电磁屏蔽环以及高频感应线圈;所述雾化喷盘和固定顶板通过固定螺栓;所述雾化喷盘固定顶板及雾化喷盘中心位置设有钛或钛合金丝材连续输送给进孔;所述雾化喷盘与电磁屏蔽环以所述输送给进孔轴心同轴安装;所述雾化喷盘包括主雾化气流喷口和辅助保护气流喷口;经所述主雾化气流喷口喷出的雾化气流在所述丝材上汇聚形成雾化中心,所述雾化中心与所述高频感性线圈加热丝材端部形成的熔化中心重合。从而使得熔流产生后即被雾化主气流限制并且雾化,最大限度保证过热度、减少热量损失,实现钛或钛合金雾化的高细粉收得率。该装置和方法能够达到其在申请文件中所述的技术效果。但是在实际多次试验该方法进行生产时发现,实际生产的效果不够稳定,同种金属,不同批次生产获得的粒径范围有较大的偏差,使得实际生产的粉料粒径范围。这对于生产来说,无疑会产生诸多的负面影响,最主要的是生产的工艺流程无法稳定的问题,每次都要对产品进行多次的检验,筛分等流程都要单独做设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产品粒径范围更稳定,即设备工作更稳定的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置。
为了实现上述目的,本发明提供的装置自上而下包括雾化喷盘固定顶板、雾化喷盘、电磁屏蔽环以及高频感应线圈;
其中,所述雾化喷盘和雾化喷盘固定顶板通过固定螺栓固定连接;所述雾化喷盘固定顶板及雾化喷盘中心位置设有金属丝材连续输送给进孔;
所述雾化喷盘与电磁屏蔽环以所述输送给进孔轴心同轴安装;
所述雾化喷盘包括主雾化气流喷口和辅助保护气流喷口;
经所述主雾化气流喷口喷出的雾化气流在所述丝材上汇聚形成雾化中心,所述雾化中心与主雾化气流喷口的连线构成与轴线夹角为α的圆锥面;所述雾化中心与所述高频感应线圈加热丝材端部形成的熔化中心重合;
喷盘辅助保护气流喷口为环孔布置,环孔的个数为12-25个,
所述雾化气流喷口与环形气腔连通,所述雾化气流喷口是拉瓦尔环缝;
所述环孔与雾化气流喷口之间的部分为环形阻隔部,该环形阻隔部中空设置,其内填充非牛顿流体,环形阻隔部内腔的顶壁和底壁上固定多个向中心延伸的金属丝杆。
优选的,所述金属丝杆与环形阻隔部内腔顶壁的固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部轴线上,且不同圆上的金属丝杆的固定点交错设置;
所述金属丝杆与环形阻隔部内腔底壁固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部轴线上,且不同圆上的金属丝杆的固定点交错设置;
所述顶壁上任一金属丝杆的长度与底壁上任一金属丝杆的长度的和大于环形阻隔部内腔高度。
优选的,所述金属丝杆的为柱形直径不大于1mm,由不锈钢制成,空余端为尖端。
优选的,所述顶壁上金属丝杆的数量为10-20根,底壁上金属丝杆的数量为10-20根。
优选的,所述顶壁上的金属丝杆空余端与底壁之间的直线距离不大于3mm,所述底壁上的金属丝杆空余端与顶壁之间的直线距离不大于3mm。
进一步的,所述雾化喷盘中心固定一个丝材稳定装置,该稳定装置上固定辅助轮组,辅助轮组有2或3个辅助轮组成,辅助轮的滚动轮面上固定环形液囊,液囊内封装牛顿流体,液囊远离辅助轮中心的一侧圆柱面上固定多个硬质抵触块,抵触块数量为4-10个,辅助轮组用于限制和吸收丝材的在水平方向上的振动。
进一步的,所述丝材稳定装置为一个圆柱形筒,由金属或碳化硅陶瓷制成,圆柱形筒内的顶端和底端分别固定一个辅助轮组。
进一步的,所述环形阻隔部包括一个环形底板,用于开启和密封内腔。
优选的,所述非牛顿流体由95-99重量份的质量比为50-60%淀粉水溶液和1重量份的纤维絮状物组成。
优选的,所述非牛顿流体由40重量份液态聚乙烯醇,4重量份纤维絮状物,17重量份纳米碳酸钙重量份,12重量份重质碳酸钙组成。
本发明的有益效果在于:
1、环形阻隔部设置成空心结构,内部填充非牛顿流体,首先,液体能够吸收由于高速气流导致的环形阻隔部的高频振动,其次,内腔顶壁和底壁上的金属丝杆引导振动向非牛顿流体内部传播,金属丝杆的振动,尤其是空余端的震动,会向非牛顿流体施加剪切力,非牛顿流体能够吸收这个剪切力,同时由于自身特性,会在吸收剪切力的同时,瞬时“硬化”,抵抗振动,因此具备了吸收振动且自身不会振动的效果。从而能够保证环形阻隔部的振动频率和振幅都降低,保证了雾化气流喷口和辅助保护气流喷口结构的稳定,进而保证了喷口冲击熔融金属液体夹角的稳定,从而能够使不同批次生产的金属粉的粒径范围保持在一个稳定的范围内。
2、背景技术中的设备是将喷口设置在感应线圈上方,丝材有一部分位于气流形成的锥形区内,气流高速流动,会在锥形区内形成不规则的流动,使丝材发生振动,导致熔融金属液滴位置变化,进而影响气流冲击角度的稳定性。因此,设置辅助轮组夹持丝材,能够吸收和限制丝材的振动。辅助轮面上同样使用了非牛顿流体,将其封装在液囊内,在其表面粘附硬质的抵触块,抵触块直接抵触丝材,传递振动,振动被非牛顿流体吸收,且非牛顿流体吸收振动实际上是抵触块向液囊施加的剪切力,因此,非牛顿流体能够吸收振动的同时,不会发生较大的形变,保证丝材的位置的稳定性。进而保证产品粒径范围的稳定。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是图1中局部放大示意图。
图3是稳定装置俯视图。
图4是辅助轮主视图。
图5是辅助轮轮面剖视图。
图6是抵触块主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1和2所示,一种气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,所述装置自上而下包括雾化喷盘固定顶板20、雾化喷盘30、电磁屏蔽环50以及高频感应线圈60;其中,所述雾化喷盘30和雾化喷盘固定顶板20通过固定螺栓80固定连接;所述雾化喷盘固定顶板20及雾化喷盘30中心位置设有金属丝材10连续输送给进孔;所述雾化喷盘30与电磁屏蔽环50以所述输送给进孔轴心同轴安装;所述雾化喷盘30包括主雾化气流喷口41和辅助保护气流喷口42;经所述主雾化气流喷口41喷出的雾化气流在所述丝材10上汇聚形成雾化中心,所述雾化中心与主雾化气流喷口41的连线构成与轴线夹角为α的圆锥面;所述雾化中心与所述高频感应线圈60加热丝材10端部形成的熔化中心重合;喷盘辅助保护气流喷口42为环孔布置,环孔的个数为12-25个,所述雾化气流喷口41与环形气腔40连通,所述雾化气流喷口41是拉瓦尔环缝;所述环孔与雾化气流喷口之间的部分为环形阻隔部43,该环形阻隔部43中空设置,其内填充非牛顿流体,环形阻隔部内腔的顶壁和底壁上固定多个向中心延伸的金属丝杆44。所述环形阻隔部包括一个环形底板,用于开启和密封内腔。
通过多次试验,金属丝杆的设置方式相对较为灵活,可长可短,可多可少。为了能够获得较优的效果。将所述金属丝杆44与环形阻隔部43内腔顶壁的固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部43轴线上,且不同圆上的金属丝杆44的固定点交错设置;所述金属丝杆44与环形阻隔部43内腔底壁固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部43轴线上,且不同圆上的金属丝杆44的固定点交错设置;所述顶壁上任一金属丝杆44的长度与底壁上任一金属丝杆44的长度的和大于环形阻隔部43内腔高度。交叉设置是为了更好的吸收和传递振动,提高吸收点的数量,同时吸收点,尤其是空余端的剪切力施加点最好不重合,最大限度的利用非牛顿流体的特性。
金属丝杆的形状以及材质也是需要考虑的问题,首先要有较高的韧性,从而能够传递振动。因此其直径需要做限定,所述金属丝杆44的为柱形直径不大于1mm。其次,长时间的使用有可能会腐蚀,因此使用不锈钢材质。空余端为尖端。此外,为了更好的将振动转化为剪切力,空余端为尖端。所述顶壁上金属丝杆44的数量为10-20根,底壁上金属丝杆44的数量为10-20根。所述顶壁上的金属丝杆44空余端与底壁之间的直线距离不大于3mm,所述底壁上的金属丝杆44空余端与顶壁之间的直线距离不大于3mm
如图3-6所示,为了稳定丝材,所述雾化喷盘30中心固定一个丝材稳定装置70,该稳定装置70上固定辅助轮组,辅助轮组有2或3个辅助轮71组成,辅助轮71的滚动轮面上固定环形液囊711,液囊711内封装牛顿流体,液囊711远离辅助轮中心的一侧圆柱面上固定多个硬质抵触块712,抵触块数量为4-10个,辅助轮组用于限制和吸收丝材10的在水平方向上的振动。辅助轮两个或三个配合夹持丝材,两个时对称设置,三个时则在同一圆周内等间距设置。
所述丝材稳定装置70为一个圆柱形筒,由金属或碳化硅陶瓷制成,圆柱形筒内的顶端和底端分别固定一个辅助轮组。辅助轮有可能会收到气流的冲击,设置一个圆柱形的筒能够起到保护作用。
非牛顿流体的选择很多,挑选了较为容易获得的材料制成的非牛顿流体:
1、95-99重量份的质量比为50-60%淀粉水溶液和1重量份的纤维絮状物。
2、40重量份液态聚乙烯醇,4重量份纤维絮状物,17重量份纳米碳酸钙重量份,12重量份重质碳酸钙组成。
其中,纤维絮状物可以是木质纤维,也可以是棉花的细纤维,直径不超过0.2毫米,长度不大于5mm。
使用了环形阻隔部内填充非牛顿流体和金属丝杆的技术方案,与背景技术中公开的装置分别生产相同产品,共生产十个批次,工艺参数过程:选取直径为3mm的丝材,开启给进设备,给进速度为20mm/s。设置喷盘主雾化气流喷口与喷盘辅助保护气流喷口在同一水平高度。首先对整套雾化设备抽真空,设备内部压强为2.0×10-3Pa,后冲入保护氩气,设备内部压强为0.04MPa,然后重复以上操作一次。开启电磁屏蔽环系统冷却水,开启高频感应线圈系统冷却水。丝材进入高频感应线圈后,开启高频感应电源,过热度控制在300±20k,开启雾化喷盘,主雾化喷盘压强设置为4MPa,辅助保护气流压强设置为4MPa,进行雾化。雾化结束后将制备的3D打印用钛及钛合金粉末收集。十次生产粉料,进行筛分,对-100目即150um以下的物料进行统计:
通过改进前后的对比,可见,改进之后的产品的粒径范围更小,可见稳定性更高。同时,峰值,即含量比例最大的颗粒的粒径,偏小。可见设备能够有效的降收窄粒径范围,且稳定性更高。有利于生产工艺的确定,降低生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,所述装置自上而下包括雾化喷盘固定顶板(20)、雾化喷盘(30)、电磁屏蔽环(50)以及高频感应线圈(60);
其中,所述雾化喷盘(30)和雾化喷盘固定顶板(20)通过固定螺栓(80)固定连接;所述雾化喷盘固定顶板(20)及雾化喷盘(30)中心位置设有金属丝材(10)连续输送给进孔;
所述雾化喷盘(30)与电磁屏蔽环(50)以所述输送给进孔轴心同轴安装;
所述雾化喷盘(30)包括主雾化气流喷口(41)和辅助保护气流喷口(42);
经所述主雾化气流喷口(41)喷出的雾化气流在所述丝材(10)上汇聚形成雾化中心,所述雾化中心与主雾化气流喷口(41)的连线构成与轴线夹角为α的圆锥面;所述雾化中心与所述高频感应线圈(60)加热丝材(10)端部形成的熔化中心重合;
喷盘辅助保护气流喷口(42)为环孔布置,环孔的个数为12-25个,
其特征在于,
所述雾化气流喷口(41)与环形气腔(40)连通,所述雾化气流喷口(41)是拉瓦尔环缝;
所述环孔与雾化气流喷口之间的部分为环形阻隔部(43),该环形阻隔部(43)中空设置,其内填充非牛顿流体,环形阻隔部内腔的顶壁和底壁上固定多个向中心延伸的金属丝杆(44)。
2.根据权利要求1所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述金属丝杆(44)与环形阻隔部(43)内腔顶壁的固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部(43)轴线上,且不同圆上的金属丝杆(44)的固定点交错设置;
所述金属丝杆(44)与环形阻隔部(43)内腔底壁固定点排列成两个同心圆形,圆心在环形阻隔部(43)轴线上,且不同圆上的金属丝杆(44)的固定点交错设置;
所述顶壁上任一金属丝杆(44)的长度与底壁上任一金属丝杆(44)的长度的和大于环形阻隔部(43)内腔高度。
3.根据权利要求2所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述金属丝杆(44)的为柱形直径不大于1mm,由不锈钢制成,空余端为尖端。
4.根据权利要求2所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述顶壁上金属丝杆(44)的数量为10-20根,底壁上金属丝杆(44)的数量为10-20根。
5.根据权利要求2所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述顶壁上的金属丝杆(44)空余端与底壁之间的直线距离不大于3mm,所述底壁上的金属丝杆(44)空余端与顶壁之间的直线距离不大于3mm。
6.根据权利要求2所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述雾化喷盘(30)中心固定一个丝材稳定装置(70),该稳定装置(70)上固定辅助轮组,辅助轮组有2或3个辅助轮(71)组成,辅助轮(71)的滚动轮面上固定环形液囊(711),液囊(711)内封装牛顿流体,液囊(711)远离辅助轮中心的一侧圆柱面上固定多个硬质抵触块(712),抵触块数量为4-10个,辅助轮组用于限制和吸收丝材(10)的在水平方向上的振动。
7.根据权利要求6所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述丝材稳定装置(70)为一个圆柱形筒,由金属或碳化硅陶瓷制成,圆柱形筒内的顶端和底端分别固定一个辅助轮组。
8.根据权利要求1至8任一项所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述环形阻隔部包括一个环形底板,用于开启和密封内腔。
9.根据权利要求1至8任一项所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述非牛顿流体由95-99重量份的质量比为50-60%淀粉水溶液和1重量份的纤维絮状物组成。
10.根据权利要求1至8任一项所述的气雾化连续制备3D打印用金属粉的装置,其特征在于,所述非牛顿流体由40重量份液态聚乙烯醇,4重量份纤维絮状物,17重量份纳米碳酸钙重量份,12重量份重质碳酸钙组成。
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