[發明專利]一種適用于3D打印的金屬粉末制備設備及方法

在審

• 申請號: 201611184233.7
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106735270A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王海波;孔令鴻;高玉來
• 申請（專利權）人: 深圳微納增材技術有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于3D打印增材制造領域以及粉末冶金領域，尤其涉及一種適用于3D打印的金屬粉末制備設備及方法。

背景技術

隨著加工技術的發展及革新，金屬粉末在3D打印增材制造領域的應用越來越廣泛。當前，金屬3D打印粉末制備以高壓氣體霧化法、等離子旋轉電極霧化法為主。但高壓氣體霧化法制備的粉體粒徑范圍大，必須經過多次篩分及檢驗才能得到所需的粒徑，生產效率極低，且存在粒度分布不均勻、粉末球形度不佳、顆粒表面存在衛星球、以及存在一定數量的空心粉末等缺陷；旋轉電極法制備的粉末雖然不存在以上真空霧化法制粉的缺陷，但其受限于設備的極限轉速，制粉過程中很難得到尺寸小于53μm的金屬粉末，致使高性能的金屬粉末的制備成為當前制約3D打印行業整體發展的瓶頸。

在眾多金屬粉末制備工藝中，金屬射流破碎技術通過微小噴嘴噴射可獲得球形度佳的金屬粉末，是一種可獲得高性能金屬粉末的技術。但現有的射流破碎技術存在以下不足：噴射的射流直徑與噴嘴直徑相近，可獲得的金屬粉末粒度一般約是噴孔直徑的兩倍，利用該裝置很難產生小于噴嘴直徑尺寸的金屬熔滴，且小孔徑的噴嘴難以加工所以金屬粉末的尺寸受到了限制。

發明內容

本發明的其中一個目的是提出一種適用于3D打印的金屬粉末制備設備及方法，解決了現有射流破碎技術制備金屬粉末的尺寸受制的技術問題。本發明提供的諸多技術方案中的優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種適用于3D打印的金屬粉末制備設備，包括爐體和爐蓋，所述爐體包括上爐腔和下爐腔，還包括：

熔煉系統總成，包括用于容置待熔化金屬的熔煉坩堝、用于將金屬進行加熱的加熱裝置、用于對熔融的液態金屬保溫的保溫裝置以及用于噴射金屬液滴的噴嘴，所述加熱裝置設于所述熔煉坩堝的外部，所述保溫裝置設于加熱裝置的外部，所述噴嘴位于所述熔煉坩堝的底端；

微滴生成器總成，包括陰極、陽極，所述陰極位于在所述熔煉坩堝底部，所述陽極設置在所述噴嘴的下端。

優選的，所述微滴生成器總成還包括用于對熔煉坩堝底部的金屬熔液施以擾動的振動桿和固定所述振動桿的振動腔。

優選的，所述振動桿的一端靠近所述熔煉坩堝底部，并置于金屬熔液中，另一端遠離所述熔煉坩堝底部，并通過套設的方式固定于所述振動腔內，所述振動桿遠離所述熔煉坩堝底部一端的尺寸大于靠近所述熔煉坩堝底部一端的尺寸。

優選的，還包括連接套總成，包括連接套、密封蓋板以及鎖緊環，所述連接套設置于所述爐蓋上，用于連接振動腔和所述熔煉系統總成，所述密封蓋板設置于所述振動腔的上端，用于封閉振動腔，所述鎖緊環用于鎖緊所述振動腔和所述熔煉系統總成。

優選的，所述連接套總成還包括增壓氣路，所述增壓氣路與所述熔煉坩堝連接，用于在金屬熔化后，向所述熔煉坩堝內充入惰性氣體。

優選的，所述微滴生成器總成還包括用于冷卻振動桿的冷卻室，所述冷卻室設置在所述振動桿頂端的外部，具體處于所述振動腔與振動桿之間。

優選的，所述微滴生成器總成還包括冷卻水路，所述冷卻水路與所述冷卻室連接，用于向所述冷卻室循環提供冷液。

優選的，所述微滴生成器總成還包括用于向振動桿傳輸周期性正弦信號的線路總成，所述線路總成與所述振動桿連接，所述振動桿將所述正弦信號轉化為周期性機械振動，對所述熔煉坩堝底部的金屬熔液施以擾動。

優選的，所述設備還包括，用于對所述上爐腔和所述下爐腔抽真空處理的抽真空裝置，所述抽真空裝置通過管道與所述爐體相連接。

優選的，所述抽真空裝置為機械泵、羅茨泵以及擴散泵。

優選的，所述加熱裝置為以環繞的方式設置在所述熔煉坩堝外壁的感應線圈，所述保溫裝置為套設在所述感應線圈外部的保溫套。

優選的，所述噴嘴為毛細管噴嘴。

優選的，所述設備還包括球閥以及集粉罐，所述球閥位于所述下爐腔的底部，所述球閥分別與所述下爐腔和所述集粉罐相連接，置于所述下爐腔和所述集粉罐之間，所述球閥通過開合，將從所述下爐腔滑落的金屬球匯入所述集粉罐。

優選的，所述噴嘴的尺寸為0.1～0.3mm。

優選的，所述振動桿產生的機械振動振幅在0.1～0.6μm。

優選的，所述陰極為圓柱狀鎢電極，所述陽極為圓環狀不銹鋼電極。

優選的，所述熔煉坩堝所選用的材質是石英、BN或陶瓷；所述加熱裝置對所述熔煉坩堝內金屬的加熱方式為感應加熱、電阻加熱或者感應加熱與電阻加熱相結合。