RU2751609C1 - Method and device for producing powders for additive technologies - Google Patents

Method and device for producing powders for additive technologies Download PDF

Info

Publication number
RU2751609C1
RU2751609C1 RU2020115436A RU2020115436A RU2751609C1 RU 2751609 C1 RU2751609 C1 RU 2751609C1 RU 2020115436 A RU2020115436 A RU 2020115436A RU 2020115436 A RU2020115436 A RU 2020115436A RU 2751609 C1 RU2751609 C1 RU 2751609C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
consumable material
plasma
axis
end part
plasmatrons
Prior art date
Application number
RU2020115436A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Олегович Чухланцев
Владимир Павлович Умнов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы"
Priority to RU2020115436A priority Critical patent/RU2751609C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751609C1 publication Critical patent/RU2751609C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Abstract

FIELD: powder metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of metal powders for additive technologies. The metal powder is obtained by feeding a consumable material in the form of a rod or wire into the plasma treatment zone and spraying its end part with plasma jets of three plasmatrons. The consumable material is used as an anode, and the plasma jets are directed at an angle to the axis of supply of the consumable material and tangentially to the surface of the sprayed end part, while the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form intersecting straight lines lines. The device for producing metal powders consists of a housing, a device for feeding a consumable material in the form of a rod or wire into the plasma treatment zone and three plasmatrons located evenly in the housing to ensure that the plasma jets are directed at an angle to the axis of supply of the consumable material and tangentially to the surface of the sprayed end part.EFFECT: improved quality of the powder.5 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области получения металлических порошков для аддитивных технологий из проволочного или пруткового материала. The invention relates to the field of producing metal powders for additive technologies from wire or bar material.

Уровень техникиState of the art

В качестве наиболее близкого аналога выбран известный способ получения порошков для аддитивных технологий, предусматривающий использование трех одинаковых плазмотронов для распыления расплавляемой концевой части подаваемого пруткового или проволочного расходуемого материала (WO 201105413 (А), дата публикации 12.05.2011). В данном известном способе несколько плазмотронов располагают равномерно по окружности и направляют струи плазмы на концевую часть расходуемого материала так, чтобы все указанные струи плазмы сходились в концевой части расходуемого материала. Данный известный способ не обеспечивает стабильного диапазона дисперсности порошка. As the closest analogue, a well-known method for producing powders for additive technologies was chosen, involving the use of three identical plasmatrons for spraying the melted end part of the supplied bar or wire consumable material (WO 201105413 (A), publication date 12.05.2011). In this known method, several plasmatrons are arranged evenly around the circumference and direct the plasma jets to the end part of the consumable material so that all said plasma jets converge at the end part of the consumable material. This known method does not provide a stable range of powder dispersion.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в повышении качества металлического порошка для аддитивных технологий.The problem solved by the present invention is to improve the quality of metal powder for additive technologies.

В ходе решения указанной задачи, достигается следующий технический результат: повышение стабильности размера частиц и качества (сферичности) металлического порошка для аддитивных технологий, получаемого в процессе плазменной атомизации, за счет повышения стабильности положения расходуемого материала. In the course of solving this problem, the following technical result is achieved: increasing the stability of the particle size and the quality (sphericity) of the metal powder for additive technologies obtained in the process of plasma atomization by increasing the stability of the position of the consumable material.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения порошков для аддитивных технологий состоит в том, что три плазмотрона располагают равномерно по окружности, подают расходуемый материал в зону плазменной обработки, струи плазмы от плазмотронов направляют под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемого участка так, что оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии. The specified technical result is achieved by the fact that the method for producing powders for additive technologies consists in the fact that three plasmatrons are arranged evenly around the circumference, the consumable material is fed into the plasma processing zone, the plasma jets from the plasmatrons are directed at an angle to the axis of the consumable material feed and tangentially to the surface of the sprayed area so that the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form crossing straight lines.

Указанный технический результат достигается также тем, что концевую часть расходуемого материала фиксируют. The specified technical result is also achieved by the fact that the end part of the consumable material is fixed.

Указанный технический результат достигается также тем, что расходуемый материал выполняют анодом.The specified technical result is also achieved by the fact that the consumable material is made by the anode.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для получения порошков для аддитивных технологий содержит устройство подачи расходуемого материала в зону плазменной обработки, три плазмотрона, расположенные равномерно по окружности так, что струи плазмы от упомянутых плазмотронов направлены под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемого участка, при этом оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии. The specified technical result is also achieved by the fact that the device for producing powders for additive technologies contains a device for supplying a consumable material to the plasma treatment zone, three plasmatrons located evenly around the circumference so that the plasma jets from the said plasmatrons are directed at an angle to the axis of supply of the consumable material and along tangent to the surface of the sprayed area, while the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form crossing straight lines.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство содержит три стержня из тугоплавкого материала для фиксации концевой части расходуемого материала. The specified technical result is also achieved in that the device contains three rods of refractory material for fixing the end part of the consumable material.

Указанный технический результат достигается также тем, что питание электрических дуг плазмотронов осуществляют постоянным током.The specified technical result is also achieved by the fact that the electric arcs of the plasmatrons are powered by direct current.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является исключение столкновения расплавленных частиц в нескольких струях плазмы и стабильное положение распыляемого участка расходуемого материала в процесса получения металлического порошка методом плазменной атомизации. A distinctive feature of the present invention is the elimination of the collision of molten particles in several jets of plasma and the stable position of the sprayed area of the consumable material in the process of obtaining a metal powder by plasma atomization.

Перечень фигур чертежейList of drawing figures

На Фиг.1 и 2 показана конструкция зоны плазменной обработки. Figures 1 and 2 show the design of the plasma treatment zone.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В аддитивных технологиях изготовления деталей на 3-D принтерах из порошковых металлических материалов методом послойного лазерного спекания частиц (SLS), выборочного лазерного плавления (SLM) или в технологии изготовления тонкопленочных покрытий путем атомно-слоевого осаждения частиц (ALD) используются порошки от ультрадисперсных (0,01-0,1 мкм) до крупных (250-1000 мкм), частицы которых обладают узким диапазоном дисперсности, исключающим частицы наноразмерного диапазона (размер частицы менее 0,001 мкм). Наличие частиц наноразмерного диапазона и недопустимо крупных частиц в указанных выше аддитивных технологиях может значительно снизить качество изделий, изготавливаемых из металлических порошков. Для аддитивных технологий широко применяются металлические порошки среднеплавких сплавов АМг6, Ti-6Fl-4V, Inconel 625, 2Х18Н10Т заданного узкого диапазона дисперсности.Additive technologies for the manufacture of parts on 3-D printers from powdered metal materials by layer-by-layer laser sintering of particles (SLS), selective laser melting (SLM), or thin-film coatings by atomic layer deposition of particles (ALD) use powders from ultrafine (0 , 01-0.1 microns) to large (250-1000 microns), the particles of which have a narrow dispersion range, excluding particles of the nanoscale range (particle size less than 0.001 microns). The presence of nanosized particles and unacceptably large particles in the above additive technologies can significantly reduce the quality of products made from metal powders. For additive technologies, metal powders of medium-melting alloys AMg6, Ti-6Fl-4V, Inconel 625, 2X18H10T of a given narrow dispersion range are widely used.

В соответствии с настоящим изобретением способ получения порошков для аддитивных технологий состоит в том, что используют три плазмотрона, которые располагают равномерно по окружности. В качестве расходуемого материала используют проволоку или прутки, которые подают в зону плазменной обработки. Образуется электрическая дуга и струи плазмы от плазмотронов направляют под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемого участка так, что оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии.In accordance with the present invention, a method for producing powders for additive technologies consists in the use of three plasmatrons, which are evenly spaced around the circumference. Wire or rods are used as a consumable material and are fed to the plasma treatment zone. An electric arc is formed and the plasma jets from the plasmatrons are directed at an angle to the axis of supply of the consumable material and tangentially to the surface of the sprayed area so that the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form crossing straight lines.

Использование струй плазмы, которые не пересекают ось расходуемого материала, исключает столкновение расплавленных частиц в нескольких струях плазмы и обеспечивает стабильное положение распыляемого участка при обработке. The use of plasma jets that do not cross the axis of the consumable eliminates the collision of molten particles in several plasma jets and ensures a stable position of the sprayed area during processing.

Для дополнительного усиления эффекта концевую часть расходуемого материала фиксируют. To further enhance the effect, the end part of the consumable is fixed.

Целесообразно расходуемый материал выполнить анодом.It is advisable to make the consumable anode.

Устройство для осуществления способа получения порошков для аддитивных технологий содержит устройство подачи расходуемого материала в зону плазменной обработки, три плазмотрона 2, установленных в корпусе 1. Плазмотроны 2 расположены равномерно по окружности так, что струи 5 плазмы от плазмотронов 2 направлены под углом к оси подачи расходуемого материала 4 и по касательной к поверхности распыляемого участка. Оси струй 5 плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала 4 и ось каждой струи 5 плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии. The device for implementing the method for producing powders for additive technologies contains a device for feeding a consumable material into the plasma treatment zone, three plasmatrons 2 installed in the housing 1. The plasmatrons 2 are arranged evenly around the circumference so that the plasma jets 5 from the plasmatrons 2 are directed at an angle to the feed axis of the consumable material 4 and tangentially to the surface of the sprayed area. The axes of the plasma jets 5 do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material 4 and the axis of each plasma jet 5 form crossing straight lines.

Устройство может содержать три стержня 3 из тугоплавкого материала (например, вольфрама) для фиксации концевой части расходуемого материала 4. The device may contain three rods 3 made of a refractory material (for example, tungsten) for fixing the end part of the consumable material 4.

Питание электрических дуг плазмотронов целесообразно осуществить постоянным током.It is advisable to supply electric arcs of plasmatrons with direct current.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Расходный материал 4 в виде проволоки или прутка подают с помощью устройства подачи в зону плазменной обработки (зону атомизации). Возбуждают дуговой разряд в плазмотронах 2, формирующих не пересекающиеся струи 5 плазмы. Положительные выводы источников тока соединяют с плазмотронами 2, а отрицательные с расходуемым материалом 4. Под действием высокой температуры потока тепла, выделяющегося в месте контакта плазмы и материала 4, последний начинает плавиться, а механический импульс струй 5 плазмы отрывает капли расплава, из которых после охлаждения образуются частицы порошка. При использовании материала в виде проволоки в качестве анода, может быть создана температура необходимая только для плавления без его испарения, в отличие от варианта, при котором материал 4 используют в качестве катода. Этим достигается отсутствие паров материала, из которых потом образуются частицы наноразмерного диапазона. Далее полученные капли расплава охлаждаются и получается готовый продукт. В способе и устройстве может использоваться предварительный индукционный нагрев расходуемого маетриала 4.Consumable material 4 in the form of a wire or rod is fed by means of a feed device to the plasma treatment zone (atomization zone). An arc discharge is excited in plasmatrons 2, which form non-intersecting plasma jets 5. The positive leads of the current sources are connected to the plasmatrons 2, and the negative leads to the consumable material 4. Under the action of the high temperature of the heat flux released at the place of contact of the plasma and material 4, the latter begins to melt, and the mechanical impulse of the plasma jets 5 tears off the melt drops, from which, after cooling powder particles are formed. When using a material in the form of a wire as an anode, the temperature can be created, which is necessary only for melting without its evaporation, in contrast to the variant in which material 4 is used as a cathode. This achieves the absence of material vapors, from which nanoscale particles are then formed. Then the resulting melt drops are cooled and a finished product is obtained. The method and device can use induction preheating of the consumable material 4.

Для усиления эффекта расходуемый материал 4 располагают между трех стержней 3 и удерживают его в центре зоны атомизации. To enhance the effect, consumable material 4 is placed between three rods 3 and held in the center of the atomization zone.

Исключение пересечения струй плазмы между собой и, следовательно, соударения распыляемых капель расплава обеспечивается наилучшее использование кинетической энергии и повышает качество металлического порошка для аддитивных технологий, получаемого из материала определенной группы сплавов в процессе плазменной атомизации, с расходуемым проволочным или стержневым, нагреваемым дугой электродом.The elimination of the intersection of plasma jets with each other and, consequently, the collision of the sprayed droplets of the melt ensures the best use of kinetic energy and improves the quality of metal powder for additive technologies, obtained from a material of a certain group of alloys in the process of plasma atomization, with a consumable wire or rod electrode heated by an arc.

Данное изобретение позволяет получать порошок заданного диапазона дисперсности без образования недопустимо крупных частиц и частиц нано размерности. This invention makes it possible to obtain a powder of a given dispersion range without the formation of unacceptably large and nano-sized particles.

Claims (5)

1. Способ получения металлических порошков для аддитивных технологий, включающий подачу расходуемого материала в виде прутка или проволоки в зону плазменной обработки и распыление его концевой части плазменными струями трех плазмотронов, отличающийся тем, что расходуемый материал используют в качестве анода, а плазмотроны располагают равномерно таким образом, что струи плазмы направлены под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемой концевой части, при этом оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии.1. A method of producing metal powders for additive technologies, including feeding a consumable material in the form of a rod or wire into the plasma treatment zone and spraying its end part with plasma jets of three plasmatrons, characterized in that the consumable is used as an anode, and the plasmatrons are arranged uniformly in this way that the plasma jets are directed at an angle to the axis of supply of the consumable material and tangentially to the surface of the sprayed end part, while the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form crossing straight lines. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что распыляемую концевую часть расходуемого материала дополнительно фиксируют. 2. The method according to claim 1, characterized in that the spray end part of the consumable is additionally fixed. 3. Устройство для получения металлических порошков для аддитивных технологий, содержащее корпус, устройство подачи расходуемого материала в виде прутка или проволоки в зону плазменной обработки и три плазмотрона, расположенных в корпусе, для распыления концевой части расходуемого материала, отличающееся тем, что плазмотроны расположены равномерно с обеспечением направления струй плазмы под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемой концевой части, при этом оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии. 3. A device for producing metal powders for additive technologies, comprising a housing, a device for feeding a consumable material in the form of a bar or wire to the plasma treatment zone and three plasmatrons located in the housing for spraying the end part of the consumable material, characterized in that the plasmatrons are evenly spaced with ensuring the direction of plasma jets at an angle to the axis of supply of the consumable material and tangentially to the surface of the sprayed end part, while the axes of the plasma jets do not intersect with each other, and the axis of supply of the consumable material and the axis of each plasma jet form crossing straight lines. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит три стержня из тугоплавкого материала для фиксации концевой части расходуемого материала. 4. The device according to claim 3, characterized in that it further comprises three rods of refractory material for fixing the end part of the consumable material. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит источник постоянного тока для питания электрических дуг плазмотронов.5. The device according to claim 3, characterized in that it contains a constant current source for powering the electric arcs of the plasma torches.
RU2020115436A 2020-05-06 2020-05-06 Method and device for producing powders for additive technologies RU2751609C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115436A RU2751609C1 (en) 2020-05-06 2020-05-06 Method and device for producing powders for additive technologies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115436A RU2751609C1 (en) 2020-05-06 2020-05-06 Method and device for producing powders for additive technologies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751609C1 true RU2751609C1 (en) 2021-07-15

Family

ID=77019864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020115436A RU2751609C1 (en) 2020-05-06 2020-05-06 Method and device for producing powders for additive technologies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751609C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114226741A (en) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏天楹等离子体科技有限公司 Electric preheating type plasma atomization device
RU210798U1 (en) * 2021-10-26 2022-05-05 Петр Петрович Усов Device for layer-by-layer printing of volumetric products from metal wires
RU2794209C1 (en) * 2022-01-26 2023-04-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Device for obtaining spherical metal powders

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267239C2 (en) * 2000-04-10 2005-12-27 Тетроникс Лимитед Twin plasma burner
RU2361698C1 (en) * 2008-03-19 2009-07-20 Открытое акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" Method of shots and granules receiving
WO2011054113A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-12 Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. Methods and apparatuses for preparing spheroidal powders
WO2017011900A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-26 Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. Plasma atomization metal powder manufacturing processes and systems therefore
US20170326649A1 (en) * 2014-03-11 2017-11-16 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
RU2714001C1 (en) * 2019-04-12 2020-02-11 Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод" Method of forming metal powders for additive technologies in a plasmatron apparatus under the effect of ultrasound

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267239C2 (en) * 2000-04-10 2005-12-27 Тетроникс Лимитед Twin plasma burner
RU2361698C1 (en) * 2008-03-19 2009-07-20 Открытое акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" Method of shots and granules receiving
WO2011054113A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-12 Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. Methods and apparatuses for preparing spheroidal powders
US20170326649A1 (en) * 2014-03-11 2017-11-16 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
WO2017011900A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-26 Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. Plasma atomization metal powder manufacturing processes and systems therefore
RU2714001C1 (en) * 2019-04-12 2020-02-11 Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод" Method of forming metal powders for additive technologies in a plasmatron apparatus under the effect of ultrasound

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210798U1 (en) * 2021-10-26 2022-05-05 Петр Петрович Усов Device for layer-by-layer printing of volumetric products from metal wires
CN114226741A (en) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏天楹等离子体科技有限公司 Electric preheating type plasma atomization device
RU2794209C1 (en) * 2022-01-26 2023-04-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Device for obtaining spherical metal powders

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108025365B (en) Plasma atomization metal powder manufacturing process and system thereof
US11839918B2 (en) Method and apparatus for producing high purity spherical metallic powders at high production rates from one or two wires
US10421142B2 (en) Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication using plasma transferred arc (PTA) torches
JP2018522136A5 (en)
KR20180006385A (en) APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING METAL POWDER MATERIAL
RU2751609C1 (en) Method and device for producing powders for additive technologies
CN109715338B (en) Contact tip assembly for MIG metal welding
KR20210071150A (en) Metal Powder and Overhead Equipment and Overhead Method Thereof
CN115740471A (en) Ultrasonic-assisted plasma-arc composite atomization powder making equipment and powder making method
RU205453U1 (en) Device for producing powders for additive technologies
Supriadi et al. Effect of gas pressure on conduit plasma atomization for fabricating spherical stainless steel powder