CN111702164B - 一种提高3d打印金属粉体球形度的处理装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置及其应用，包括加料组件(1)、粉体预热器(2)、流化床(3)、产品罐(4)和送风组件(5)，所述加料组件(1)、粉体预热器(2)、流化床(3)和产品罐(4)自上而下依次设置，所述送风组件(5)与流化床(3)相连通，所述粉体预热器(2)上设有辅助微波发生器(6)，所述流化床(3)包括壳体(301)，所述壳体(301)内设有供金属粉体通过的腔室，所述壳体(301)的内壁上设有多个可调节角度的气体分布板(7)，外壁上设有主微波发生器(8)。与现有技术相比，本发明采用微波和流化床的配合来处理金属粉体，可使金属粉体颗粒的表面产生钝化效果，提高粉体颗粒的球形度。

Description

一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置及其应用

技术领域

本发明涉及3D打印金属粉体设备领域，具体涉及一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置及其应用。

背景技术

增材制造技术中的3D打印技术是一种高效、快速修复方法，在航空航天、兵器等领域得到了越来越广泛的应用。它以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。

金属粉体材料是3D打印技术重要的原材料之一，粉体的基本性能对最终的成型的制品品质有着很大的关系。金属3D打印对于粉体的要求主要在于化学成分、颗粒形状、粒度及粒度分布、流动性、循环使用性等。

其中，粉体的颗粒形状是影响粉体性能的主要因素之一，常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。球形度高的粉体颗粒流动性好，送粉铺粉均匀，有利于提升制件的致密度及均匀度，故3D打印用粉体颗粒一般要求是球形或者近球形。

发明内容

本发明的目的就是提供一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置及其应用，处理装置可使金属粉体颗粒的表面产生钝化效果，提高粉体颗粒的球形度，改善了金属粉体颗粒形态。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置，所述处理装置包括加料组件、粉体预热器、流化床、产品罐和送风组件，所述加料组件、粉体预热器、流化床和产品罐自上而下依次设置，所述送风组件与流化床相连通，所述粉体预热器上设有辅助微波发生器，所述流化床包括壳体，所述壳体内设有供金属粉体通过的腔室，所述壳体的内壁上设有多个可调节角度的气体分布板，外壁上设有主微波发生器，所述主微波发生器产生将金属粉体加热并开裂的微波。

进一步地，所述加料组件包括与粉体预热器相连通的进料器以及设于进料器顶部的料仓。根据金属粉体的粒径，对辅助微波发生器和主微波发生器的频率进行调节。

进一步地，所述粉体预热器包括预热器本体、设于预热器本体顶部的预热器加料口以及设于预热器本体底部的预热器出料口，所述辅助微波发生器设于预热器本体的侧部，并通过导波管与预热器本体相连接，所述预热器出料口处设有与主微波发生器电连接的第一温度计。对金属粉体先进行预热，防止金属粉体进入到流化床中由于激增的温度而产生影响金属粉体球形度的情况。

进一步地，所述预热器本体的内壁上设有保温层。保温层直接暴露于金属粉体，保温层由氧化铝板、氧化铝纤维板或多晶莫来石纤维板等对微波吸收弱的保温材料的一种或几种制成，简化粉体预热器的结构。

进一步地，所述壳体的顶部设有与粉体预热器相连通的流化床进料口，底部设有流化床出料口，所述流化床出料口处设有出料弯管，并通过出料弯管与产品罐相连通。出料弯管在弯折部分采用圆弧连接，可使金属粉体减速，避免进入到产品罐之后发生强烈的碰撞。。

进一步地，所述流化床的内壁上设有多个可调整角度的卡槽，所述气体分布板与卡接口卡扣连接。

进一步地，所述卡槽包括一体成型的铰接部和卡接部，所述卡接部为设有开口的环形槽。

进一步地，所述气体分布板包括主板以及与卡接部相配合的卡接配合部，所述卡接配合部呈圆柱体，所述主板上设有多个风孔，所述主板与卡接配合部之间设有连接板，所述连接板的尺寸与开口相配合。主板上风孔的个数根据实际情况设置，符合床层压降和气体输送能耗的要求即可。

进一步地，多个气体分布板沿周向均匀布设在壳体的内壁上，并且多个气体分布板的高度不同，使气体分布得更加均匀。

进一步地，所述送风组件包括风机和气体预热器，所述流化床的底部设有进风口，所述风机通过气体预热器与进风口相连通。风机的转速根据金属粉体的粒径及球形度要求进行调节，气体经过气体预热器之后温度提升，避免进入到流化床之后再升温的时间差。

进一步地，所述风机和气体预热器之间设有气体管道，所述气体预热器和气体管道之间设有过滤网，所述气体管道上设有气体流量计。过滤网可过滤掉气体中的一些杂质，避免杂质对金属粉体的球形度产生影响，气体流量计可实时监测气体的流量大小，从而进行调节。

进一步地，所述进风口处设有与气体预热器电连接的第二温度计。若进入进风口的气流温度过低，可适当提高气体预热器的功率，反之，可适当降低气体预热器的功率。

进一步地，粉体预热器的预热器本体和流化床的壳体的材料均采用防止微波逃逸的材料制成，比如不锈钢等金属材料。

将上述的处理装置用于提高3D打印金属粉体的球形度，该处理装置采用以下步骤进行工作：

步骤一：将粒度为10-100μm的金属粉体输送进入料仓，金属粉体经进料器及预热器加料口进入粉体预热器；

步骤二：开启辅助微波发生器，功率为10-40kW，以微波为热源，控制粉体预热器内的温度在600℃以下，预热后的金属粉体从预热器出料口出，经流化床进料口进入流化床；

步骤三：开启主微波发生器，功率为40-100kW，以微波为热源，控制流化床内的温度在600-2000℃，送气组件提供的空气从流化床的进风口进入流化床，空气温度控制在40-600℃，根据从粉体预热器出来的金属粉体的表面温度调整气体分布板的倾斜角度，调整风速为1-2m/s，控制金属粉末停留时间为1-5min，表面钝化后的金属粉体经流化床出料口进入产品罐，得到球形度提高了的金属粉体产品。

本发明基于“趋肤效应”的工作原理，采用微波和流化床的配合来处理金属粉体，“趋肤效应”类似电磁屏蔽的原理，微波处理金属粉末时，电磁感应现象集中于金属粉体的颗粒表面，加热能量也产生于颗粒表面，从而使颗粒的表面产生钝化效果，提高粉体颗粒的球形度，并且利用流化床使金属粉体颗粒表面的温度不过高，分布均匀，针对金属粉体粒径大小对辅助微波发生器、主微波发生器的频率、气体的温度、气体的流量等进行限定，控制金属粉体在流化床中的停留时间，改善了金属粉体颗粒形态。

附图说明

图1为处理装置的结构示意图；

图2为粉体预热器的结构示意图；

图3为图1中A处的放大图；

图4为卡槽的放大图；

图5为气体分布板的结构示意图；

图6为图1中B处的放大图。

图中：1-加料组件；101-进料器；102-料仓；2-粉体预热器；201-预热器本体；202-预热器加料口；203-预热器出料口；204-第一温度计；205-保温层；3-流化床；301-壳体；302-流化床进料口；303-流化床出料口；304-出料弯管；305-卡槽；3051-铰接部；3052-卡接部；3053-开口；306-进风口；307-第二温度计；4-产品罐；5-送风组件；501-风机；502-气体预热器；503-气体管道；504-过滤网；505-气体流量计；6-辅助微波发生器；7-气体分布板；701-主板；702-卡接配合部；703-风孔；704-连接板；8-主微波发生器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-6所示，一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置，包括加料组件1、粉体预热器2、流化床3、产品罐4和送风组件5，加料组件1、粉体预热器2、流化床3和产品罐4自上而下依次设置，加料组件1包括与粉体预热器2相连通的进料器101以及设于进料器101顶部的料仓102，送风组件5与流化床3相连通，粉体预热器2上设有辅助微波发生器6，流化床3包括壳体301，壳体301内设有供金属粉体通过的腔室，壳体301的内壁上设有多个可调节角度的气体分布板7，外壁上设有主微波发生器8，主微波发生器8通过导波管(图1中省略)与壳体3连接，两种微波发生器均采用本领域的技术人员通常采用的微波发生器即可。

如图2所示，粉体预热器2包括预热器本体201、设于预热器本体201顶部的预热器加料口202以及设于预热器本体201底部的预热器出料口203，辅助微波发生器6设于预热器本体201的侧部，并通过导波管(图1、2中均省略)与预热器本体201相连接，预热器出料口203处设有与主微波发生器8电连接的第一温度计204，预热器本体201的内壁上设有保温层205。

如图1所示，壳体301的顶部设有与粉体预热器2相连通的流化床进料口302，底部设有流化床出料口303和进风口306，流化床出料口303处设有出料弯管304(具体如图3所示，出料弯管304在弯折部分采用圆弧连接)，并通过出料弯管304与产品罐4相连通，进风口306处设有与气体预热器502电连接的第二温度计307，气体分布板7上下错开分布。

如图4、5所示，流化床3的内壁上设有多个可调整角度的卡槽305，流化床3的内壁上设有圆轴，卡槽305与圆轴铰接，可进行旋转，进而改变气体分布板7的角度，卡槽305包括铰接部3051和卡接部3052，卡接部3052为设有开口3053的环形槽，具体如图4所示，气体分布板7包括主板701以及与卡接部相配合的卡接配合部702，该卡接配合部702呈圆柱体，从环形槽中推进推出，主板701上设有多个风孔703(风孔703的方向和个数均可以根据情况设置)，主板701与卡接配合部702之间设有连接板704，连接板704的尺寸与环形槽上的开口3053相配合，多个气体分布板7沿周向均匀布设在壳体301的内壁上，并且多个气体分布板7的高度不同。

如图1、6所示，送风组件5包括风机501以及与风机501相连通的气体预热器502，气体预热器502与进风口306相连通，风机501和气体预热器502之间设有气体管道503，气体预热器502和气体管道503之间设有过滤网504(具体如图6所示)，气体管道503上设有气体流量计505，气体预热器采用本领域的技术人员通常采用的气体预热器即可。

本实施例还提供上述处理装置在提高3D打印金属粉体球形度的应用，采用以下步骤进行工作：

步骤一：将粒度为10-100μm的金属粉体输送进入料仓102，金属粉体经进料器101及预热器加料口202进入粉体预热器2；

步骤二：开启辅助微波发生器6，功率为10-40kW，以微波为热源，控制粉体预热器2内的温度在600℃以下，预热后的金属粉体从预热器出料口203出，经流化床进料口302进入流化床3；

步骤三：开启主微波发生器8，功率为40-100kW，以微波为热源，控制流化床3内的温度在600-2000℃，送气组件5提供的空气从流化床3的进风口306进入流化床3，空气温度控制在40-600℃，根据从粉体预热器2出来的金属粉体的表面温度调整气体分布板7的倾斜角度，调整风速为1-2m/s，控制金属粉末停留时间为1-5min，表面钝化后的金属粉体经流化床出料口303进入产品罐4，得到球形度提高了的金属粉体产品。具体的操作参数根据实际要制备的金属粉体的种类进行调节。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置的应用，其特征在于，所述处理装置包括加料组件（1）、粉体预热器（2）、流化床（3）、产品罐（4）和送风组件（5），所述加料组件（1）、粉体预热器（2）、流化床（3）和产品罐（4）自上而下依次设置，所述送风组件（5）与流化床（3）相连通，所述粉体预热器（2）上设有辅助微波发生器（6），所述流化床（3）包括壳体（301），所述壳体（301）内设有供金属粉体通过的腔室，所述壳体（301）的内壁上设有多个可调节角度的气体分布板（7），外壁上设有主微波发生器（8）；

所述粉体预热器（2）包括预热器本体（201）、设于预热器本体（201）顶部的预热器加料口（202）以及设于预热器本体（201）底部的预热器出料口（203），所述辅助微波发生器（6）设于预热器本体（201）的外侧，所述预热器出料口（203）处设有与主微波发生器（8）电连接的第一温度计（204），所述预热器本体（201）的内壁上设有保温层（205）；

所述加料组件（1）包括与粉体预热器（2）相连通的进料器（101）以及设于进料器（101）顶部的料仓（102）；

所述壳体（301）的顶部设有与粉体预热器（2）相连通的流化床进料口（302），底部设有流化床出料口（303），所述流化床出料口（303）处设有出料弯管（304），并通过出料弯管（304）与产品罐（4）相连通；

所述送风组件（5）包括风机（501）和气体预热器（502），所述流化床（3）的底部设有进风口（306），所述风机（501）通过气体预热器（502）与进风口（306）相连通；

将所述处理装置用于提高3D打印金属粉体的球形度，所述处理装置采用以下步骤进行工作：

步骤一：将粒度为10-100μm的金属粉体输送进入料仓（102），金属粉体经进料器（101）及预热器加料口（202）进入粉体预热器（2）；

步骤二：开启辅助微波发生器（6），功率为10-40kW，以微波为热源，控制粉体预热器（2）内的温度在600℃以下，预热后的金属粉体从预热器出料口（203）出，经流化床进料口（302）进入流化床（3）；

步骤三：开启主微波发生器（8），功率为40-100kW，以微波为热源，控制流化床（3）内的温度在600-2000℃，送风组件（5）提供的空气从流化床（3）的进风口（306）进入流化床（3），空气温度控制在40-600℃，根据从粉体预热器（2）出来的金属粉体的表面温度调整气体分布板（7）的倾斜角度，调整风速为1-2m/s，控制金属粉体停留时间为1-5min，表面钝化后的金属粉体经流化床出料口（303）进入产品罐（4），得到球形度提高了的金属粉体产品。

2.根据权利要求1所述的一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置的应用，其特征在于，所述流化床（3）的内壁上设有多个可调整角度的卡槽（305），所述气体分布板（7）与卡槽（305）卡扣连接。

3.根据权利要求1所述的一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置的应用，其特征在于，多个气体分布板（7）沿周向均匀布设在壳体（301）的内壁上，并且多个气体分布板（7）的高度不同。

4.根据权利要求1所述的一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置的应用，其特征在于，所述风机（501）和气体预热器（502）之间设有气体管道（503），所述气体预热器（502）和气体管道（503）之间设有过滤网（504），所述气体管道（503）上设有气体流量计（505）。

5.根据权利要求1所述的一种提高3D打印金属粉体球形度的处理装置的应用，其特征在于，所述进风口（306）处设有与气体预热器（502）电连接的第二温度计（307）。

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