CN111014699A - 一种3d打印用合金粉末制作设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印用合金粉末制作设备，包括：夹持设备，夹持设备用于夹持电极棒，并带动电极棒旋转及匀速推动其向第一感应线圈移动；熔炼室，设置在夹持设备下方，内设有第一感应线圈，第一感应线圈连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入线圈内的电极棒；雾化室，设置在熔炼室下方，内设有紧耦合气雾化喷嘴，用于将熔炼室中滴入的液滴雾化为粉末颗粒；第二感应线圈，靠近雾化室内壁设置，连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入雾化室内的粉末颗粒；抽真空装置，用于将熔炼室和雾化室抽真空。本3D打印用合金粉末制作设备，能够在粉末颗粒凝固时间小于成球时间时，提高其凝固时间。

Description

一种3D打印用合金粉末制作设备
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种3D打印用合金粉末制作设备。
背景技术
作为金属3D打印的主要耗材，金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响，航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能，如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。
目前，制备金属3D打印粉体材料的主要方法有：二流雾化法、离心雾化法、球化法等。其中，气雾化法包括EIGA法。
该技术通过感应线圈将缓慢旋转的电极棒材料熔化并通过控制熔化参数形成细小液流(液流不需要接触水冷坩埚和导流管)，当合金液流流经雾化喷嘴时，液流被雾化喷嘴产生的高速脉冲气流击碎并凝固形成微细粉末颗粒。由于不与水冷坩埚和导流管接触，材料不会发生污染。
但是在雾化室内，如果雾化的颗粒球化时间小于凝固时间，凝固时间较长，颗粒球形度便会降低，颗粒越大，球形度越低；反之，球化时间大于凝固时间，凝固时间短，雾化的金属液滴在未充分球化前就已经凝固，成球机会下降，导致不规则颗粒增多。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种3D打印用合金粉末制作设备，能够在粉末颗粒凝固时间小于成球时间时，提高其凝固时间。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种3D打印用合金粉末制作设备，包括：
夹持设备，所述夹持设备用于夹持电极棒，并带动所述电极棒旋转及匀速推动其向第一感应线圈移动；
熔炼室，设置在所述夹持设备下方，内设有所述第一感应线圈，所述第一感应线圈连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入线圈内的电极棒；
雾化室，设置在所述熔炼室下方，内设有紧耦合气雾化喷嘴，用于将熔炼室中滴入的液滴雾化为粉末颗粒；
第二感应线圈，靠近所述雾化室内壁设置，连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入雾化室内的粉末颗粒；
抽真空装置，用于将所述熔炼室和雾化室抽真空。
优选的，还包括风机和氩气补充装置；
所述连接所述雾化室，用于在雾化过程中排出雾化室内气体，所述氩气补充装置用于补充氩气，保持所述雾化室内压力为0.03-0.04MPa。
优选的，所述雾化室底部还设置有粉末收集仓。
优选的，所述夹持设备包括夹持件、转动件和移动件；
所述夹持件通过所述转动件转动设置在所述移动件上。
优选的，所述粉末收集仓设有检测装置，所述检测装置用于检测生成粉末的颗粒状态，并根据所述颗粒状态控制所述第二感应线圈的功率。
本发明提出的3D打印用合金粉末制作设备，在进行合金粉末的制作时，如果粉末颗粒凝固时间小于成球时间，可以通过第二感应线圈对粉末颗粒进行加热，从而延长其凝固时间，增加成球机会，使制得的颗粒形状更加规则。
附图说明
图1为本发明实施例提出的的3D打印用合金粉末制作设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提出了一种3D打印用合金粉末制作设备，包括：
夹持设备1，夹持设备用于夹持电极棒2，并带动电极棒旋转及匀速推动其向第一感应线圈3移动；
熔炼室4，设置在夹持设备1下方，内设有第一感应线圈3，第一感应线圈3连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入线圈内的电极棒；
雾化室5，设置在熔炼室下方，内设有紧耦合气雾化喷嘴，用于将熔炼室中滴入的液滴雾化为粉末颗粒；
第二感应线圈6，靠近雾化室5内壁设置，连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入雾化室内的粉末颗粒；
抽真空装置，用于将熔炼室和雾化室抽真空。
可见，本发明实施例与传统方案相比，通过设置第二感应线圈，在进行合金粉末的制作时，如果粉末颗粒凝固时间小于成球时间，可以通过第二感应线圈对粉末颗粒进行加热，从而延长其凝固时间，增加成球机会，使制得的颗粒形状更加规则。
在本发明的一个优选实施例中，还包括风机和氩气补充装置；
连接雾化室，用于在雾化过程中排出雾化室内气体，氩气补充装置用于补充氩气，保持雾化室内压力为0.03-0.04MPa。
本实施例中，紧耦合气雾化喷嘴在进行气体雾化时，会向雾化时吹入气体，为了保证雾化室的真空状态，可以设置风机将内部气体排出，风机可以为高压风机。
同时，为了可以补充氩气保持雾化室内压力为0.03-0.04MPa。
在本发明的一个优选实施例中，雾化室底部还设置有粉末收集仓。
本实施例中，可以通过旋风器将生成的粉末收集至粉末收集仓。
在本发明的一个优选实施例中，夹持设备包括夹持件、转动件和移动件；
夹持件通过转动件转动设置在移动件上。
在本发明实施例中，在进行合金粉末制作时，需要将电极棒旋转并匀速送入至感应线圈内部进行加热，因此夹持件通过转动件转动设置在移动件后，可以同时提供旋转和前进的运动。
在本发明的一个优选实施例中，粉末收集仓设有检测装置，检测装置用于检测生成粉末的颗粒状态，并根据颗粒状态控制第二感应线圈的功率。
在本发明的一个优选实施例中，由于粉末的凝固时间t凝固通过以下公式计算：
t凝固＝[Dρm/(6h)]cpln[(Tm-TO)]+H/(TS-TO).
式中：D为熔滴直径；ρm是金属溶液的密度；h是传热系数；cp是金属的质量定压比热容；Tm是金属的起始温度；TO是雾化介质温度；TS是熔体凝固温度；H是金属熔化潜热，其被多种因素影响，因此可以观察生成的粉末状态，判断其是否需要进行第二感应线圈的加热。
实施例1
将TA15钛合金熔炼加工为直径为50毫米，一端为锥形的电极棒；将电极棒使用夹持设备夹持；使用抽真空装置将熔炼室和雾化室抽真空，熔炼室和雾化室小于3.5X10-3Pa，并充入氩气，将电极棒的锥形尖端送入熔炼室，控制其旋转速度为8r/min；
将电极棒匀速送入至第一感应线圈中，以55kW的功率驱动感应线圈使电极棒熔解，在锥形尖端处形成液滴并滴入雾化室；
通过紧耦合气雾化喷嘴将金属液滴雾化为粉末颗粒，雾化压力控制在6MPa；紧耦合气雾化喷嘴为双侧对称切向进气拉瓦尔式环缝紧耦合喷嘴；
在雾化室设置感应线圈并启动第二感应线圈对粉末颗粒进行加热，第二线圈的功率为10kW；第二感应线圈为中频感应线圈；
收集凝固后的粉末颗粒，得到3D打印用钛合金粉末；按照不同的粒径等级将3D打印用钛合金粉末进行筛分，并使用惰性气体进行封装。
本发明提出的3D打印用合金粉末制作设备，在进行合金粉末的制作时，如果粉末颗粒凝固时间小于成球时间，可以通过第二感应线圈对粉末颗粒进行加热，从而延长其凝固时间，增加成球机会，使制得的颗粒形状更加规则。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种3D打印用合金粉末制作设备，其特征在于，包括：
夹持设备，所述夹持设备用于夹持电极棒，并带动所述电极棒旋转及匀速推动其向第一感应线圈移动；
熔炼室，设置在所述夹持设备下方，内设有所述第一感应线圈，所述第一感应线圈连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入线圈内的电极棒；
雾化室，设置在所述熔炼室下方，内设有紧耦合气雾化喷嘴，用于将熔炼室中滴入的液滴雾化为粉末颗粒；
第二感应线圈，靠近所述雾化室内壁设置，连接有中频或高频交流电，用于加热并熔化进入雾化室内的粉末颗粒；
抽真空装置，用于将所述熔炼室和雾化室抽真空。
2.如权利要求1所述的3D打印用合金粉末制作设备，其特征在于，还包括风机和氩气补充装置；
所述连接所述雾化室，用于在雾化过程中排出雾化室内气体，所述氩气补充装置用于补充氩气，保持所述雾化室内压力为0.03-0.04MPa。
3.如权利要求1所述的3D打印用合金粉末制作设备，其特征在于，所述雾化室底部还设置有粉末收集仓。
4.如权利要求1所述的3D打印用合金粉末制作设备，其特征在于，所述夹持设备包括夹持件、转动件和移动件；
所述夹持件通过所述转动件转动设置在所述移动件上。
5.如权利要求3所述的3D打印用合金粉末制作设备，其特征在于，所述粉末收集仓设有检测装置，所述检测装置用于检测生成粉末的颗粒状态，并根据所述颗粒状态控制所述第二感应线圈的功率。
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