制造装置和方法制造方法及图纸

用于制造金属制品的方法和装置涉及提供非金属原料，例如以期望的金属的氧化物的形式或者以期望的金属合金的组分的氧化物的混合物的形式。制造装置具有用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置和用于将金属产物转化为金属粉末的处理器。将粉末进给至增材制造装置中以由金属粉末制备金属制品。至少还原装置和处理器以及优选地还有增材制造装置是并置的，或者位于相同容器中或相同建筑物中或相同场所。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造装置和方法本专利技术涉及用于制造金属制品的装置和方法以及金属制品，并且特别地涉及有关增材制造的装置、方法和制品。
技术介绍
在商业上常规地使用Kroll和Hunter工艺制造钛。这些工艺以非常大的规模进行，是能量密集的，并且涉及使用污染性材料例如氯。两种工艺的产品是海绵钛的固体块，并且使用固结、重熔和机械加工工艺由海绵钛制备钛或钛合金制品需要大量另外的成本和能量消耗。考虑必须使用Kroll或Hunter工艺制造的海绵钛的质量与由海绵钛制成的成品中使用的钛的质量之间的比率是有益的。(钛或钛合金组件由于钛的高强度和低密度而通常被特别用于飞机中，并因此，技术人员有时将上述比率称为“买对飞(buy-to-fly)”比率。)该比率通常为3:1至10:1。浪费的材料通常在机械加工期间损失，并且具有不期望的高氧含量，使得其不能容易地再循环。高的“买对飞”比率是常规的钛制造制品的高成本和这些制品中不期望的高嵌入能量的重要因素。尽管在此参照钛和钛合金描述了这些考虑，但是在制备由其他金属制成的制品时也出现了类似的问题。因此，对于制备金属制品例如钛和钛合金制品的替代方法存在技术上和商业上的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了如所附独立权利要求中限定的装置、方法、产品、控制系统和控制方法，现在应参考这些独立权利要求。本专利技术的优选的或有利的特征在从属权利要求中进行了陈述。因此，在第一方面中，本专利技术可以提供用于制造金属制品的装置，其包括：用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置；用于将金属产物转化为金属粉末的处理器；以及用于由金属粉末制备金属制品的增材制造装置。优选地，还原装置、处理器和增材制造装置是并置的，或者位于相同场所，并且可以通过适当编程的控制器布置和控制以协同地操作。例如，可以控制还原装置以生产期望的金属产物，以便通过处理器处理以形成期望的金属粉末。然后将粉末输入至增材制造装置以制备期望的制品。因此，可以控制还原装置和处理器以便仅在需要金属粉末用于增材制造装置时或在需要金属粉末用于增材制造装置之前不久生产期望的金属粉末，减少浪费并且减少对储存或贮存增材制造尚不需要的粉末的需要。相比之下，常规的增材制造工艺需要储存或运输金属粉末。消除这些需要对于某些金属材料是特别重要的，例如钛和钛合金，其中必须小心控制储存条件和运输条件二者以防止粉末降解并避免安全风险例如火灾风险。在该文中，提及钛合金可以采取包括含大于50重量％的钛的基于钛的合金。为了便于安装和操作，还原装置、处理器和增材制造装置可以位于容器或便携式建筑物中。该容器或建筑物可以是便携式的，以使得装置能够在将装置作为单元运输到待制造金属制品的位置之前在中间位置(例如工厂)制造和组装。装置可以通过任何方便的方法运输，例如任何容器运输方法。这样的装置可以被运输到可能期望能够制造金属制品的例如建筑施工场所或临时工厂或灾区。在这样的设置中的增材制造允许很大的自由度以制作不同形状的制品，并且装置允许使用不同的原料，使得金属制品可以根据需要由不同的金属或合金制成。有利地，并置的装置可以在可能期望能够制造金属制品的原本不可接近的位置处(例如在船上)实施。在这样的位置的另一个优点是仅需要储存用于制造工艺的非金属原料，而无需储存可能易燃或者可能随着时间通过氧化而劣化的用于增材制造的金属粉末。优选地，还原装置包括电化学池，其中，在使用时，阳极和阴极接触熔盐并且原料接触阴极和熔盐。电源向阴极施加阴极电势，使得原料被还原为金属产物。因此，可以使用例如在WO99/64638中描述的电还原或电分解工艺。原料优选为粉末的形式，并且优选地，将其还原为对应于原料粉末颗粒的金属颗粒形式的金属产物。(产物中的金属颗粒可以通过还原工艺部分烧结，并且可以优选地通过压碎或粉碎过程分离。)此外，还原装置可以包括用于将原料装载到阴极上的装载单元，以及预加热单元，所述预加热单元用于加热待浸入熔盐中的原料和阴极，以便避免热冲击或者在阴极浸入时熔盐的不期望冷却。阴极可以是托盘形阴极，其包括扁平底部和在边缘处凸起的周边凸缘，用于保持粉末形式的原料床。在还原之后，载有金属产物的阴极有利地可从电化学池中移出，并且可移动至冷却单元中，所述冷却单元用于在通过处理器处理金属产物之前冷却阴极和金属产物。在一个优选的实施方案中，载有原料的阴极可在装载单元内水平移动或者可从装载单元水平移动，直到该阴极位于阳极下方，并且然后，阳极和阴极可以垂直地下降到熔盐中。在将原料还原以生产金属产物之后，在载有金属产物的阴极水平移动至冷却单元中之前，阳极和载有金属产物的阴极可以垂直地从熔盐中升起。选择阴极和原料以及阴极和还原之后的金属产物的水平移动以便增强还原工艺的自动化，并且以使装载单元和冷却单元能够方便地定位在电化学池旁边，从而减小装置的体积和容纳装置所需的空间。阴极的水平移动和垂直移动以及阳极的垂直移动可以进而通过自动化机器来控制和进行。在电还原之后，通过处理器处理金属产物，在处理器中首先优选地洗涤金属产物以除去在冷却之后保留在产物上的任何盐。处理器可以另外地包括粉碎机或压碎装置，所述粉碎机或压碎装置用于将金属产物粉碎或压碎以生产金属产物的金属颗粒。这些颗粒可能不是全部具有相同的形状或尺寸，但是可以在该粉碎过程之后使用金属颗粒作为用于增材制造的金属粉末而无需另外的处理步骤，只要颗粒的性质适于输入至增材制造工艺。例如，增材制造工艺如等离子喷涂可以对颗粒的尺寸和形状相对宽容，因此粉碎的颗粒可以适用于此。另一些增材制造工艺可能需要在颗粒可以使用之前进一步处理颗粒，并且处理器进而可以包括分级器或筛选装置，所述分级器或筛选装置用于选择待形成金属粉末的金属颗粒的预定尺寸范围。处理器可以另外包括球化装置，所述球化装置用于将分级的金属颗粒球化以生产金属粉末。根据用于电解还原的原料，金属颗粒可以包含应在增材制造工艺之前除去的颗粒，例如杂质颗粒。例如，如果增材制造工艺是使用钛粉末，则钛原料可能包含通常发现与钛矿石结合的杂质例如铁。在这种情况下，处理器可以包括用于除去不期望的颗粒例如杂质颗粒的装置。该装置可以包括例如，用于使金属颗粒中的铁磁性颗粒与非铁磁性颗粒分离的磁力分离器、或者用于除去低密度颗粒或高密度颗粒的浮选装置。原料有利地为金属化合物的粉末或金属化合物的混合物的形式，其包含期望的金属粉末所需的金属元素。原料可以具有在还原时产生对于金属粉末合适的粒度或粒度分布的粒度或粒度分布。在一个优选的实施方案中，增材制造装置可以包括诸如以下的装置：3D打印机、选择性激光熔化机(selectivelasermeltingmachine)、选择性激光烧结机(selectivelasersinteringmachine)、选择性电子束熔化机(selectiveelectron-beammeltingmachine)、或者用于由金属粉末制造期望的金属制品的其他装置。因此，另一选择可以是喷涂装置，例如等离子体喷涂装置。在许多类型的增材制造装置中，供给至增材制造装置的很大一部分金属粉末不形成金属产物的一部分，而是通过增材制造工艺氧化形成氧化金属粉末。例如，在3D打印装置如选择性激光熔化装置中，连续的金属粉末层沉积在装置的床中，并且每个层通过激光扫描以使粉末局部熔化并形成期望的制品。未熔化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造金属制品的装置，包括：用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置；用于将所述金属产物转化为金属粉末的处理器；以及用于由所述金属粉末制备所述金属制品的增材制造装置；其中所述还原装置、所述处理器和所述增材制造装置是并置的，或者位于相同场所。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.24 GB 1609141.51.一种用于制造金属制品的装置，包括：用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置；用于将所述金属产物转化为金属粉末的处理器；以及用于由所述金属粉末制备所述金属制品的增材制造装置；其中所述还原装置、所述处理器和所述增材制造装置是并置的，或者位于相同场所。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述还原装置、所述处理器和所述增材制造装置被并置在相同容器或便携式建筑物中。3.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述还原装置包括：电化学池，在所述电化学池中，在使用时，阳极和阴极接触熔盐并且所述原料接触所述阴极和所述熔盐；以及电源，所述电源用于向所述阴极施加阴极电势使得所述原料被还原为所述金属产物。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述还原装置包括用于将所述原料装载到阴极上的装载单元以及用于加热用以浸入所述熔盐中的所述阴极和所述原料的预加热单元。5.根据权利要求3或4所述的装置，其中载有所述金属产物的所述阴极能够从所述电化学池中移出，其中所述还原装置包括冷却单元，所述冷却单元用于在通过所述处理器处理所述金属产物之前使所述阴极和所述金属产物冷却。6.根据权利要求4或5所述的装置，其中在将所述原料在所述装载单元中装载到所述阴极上之后，使载有所述原料的所述阴极水平移动直到所述阴极位于所述阳极下方，所述阳极和所述阴极随后下降到所述熔盐中。7.根据权利要求4、5或6所述的装置，其中在将所述原料还原以产生所述金属产物之后，在将载有所述金属产物的所述阴极水平移动至所述冷却单元中之前，将所述阳极和载有所述金属产物的所述阴极提升离开所述熔盐。8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述处理器包括：粉碎机，所述粉碎机用于将所述金属产物粉碎以产生所述金属产物的金属颗粒；以及分级器或筛分装置，所述分级器或筛分装置用于选择预定尺寸范围的所述金属颗粒以形成所述金属粉末。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理器包括球化装置，所述球化装置用于将所述金属颗粒球化以产生所述金属粉末。10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述处理器包括磁力分离器，所述磁力分离器用于使所述金属颗粒或所述金属粉末中的铁磁性颗粒分离于非铁磁性颗粒。11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述增材制造装置包括3D打印机，例如选择性激光熔化机、选择性激光烧结机或选择性电子束熔化机。12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述增材制造装置包括喷涂装置，例如等离子体喷涂装置。13.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述金属粉末包含钛或基于钛的合金。14.根据任一前述权利要求所述的装置，其中供给至所述增材制造装置的部分所述金属粉末不形成所述金属产物的一部分，而是通过增材制造工艺氧化形成氧化金属粉末，其中所述氧化金属粉末作为所述原料或作为所述原料的组分被供给至所述还原装置。15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述原料包含含有与形成所述金属产物的元素对应的元素的化合物。16.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述原料包含形成所述金属产物的元素的天然矿石，例如金红石。17.根据任一前述权利要求所述的装置，所述装置能够每天生产6kg至12kg所述金属粉末。18.一种用于由粉末原料制造金属制品的方法，包括：控制预定原料的电化学还原以产生金属产物，将所述金属产物转化为金属粉末，以及通过增材制造由所述金属粉末制备所述金属制品，其中用于进行还原、转化和制备的装置是并置的，或者位于相同容器中，或相同建筑物中，或者位于相同场所。19.根据权利要求18的方法，包括以下步骤：将所述原料装载到阴极上，预加热所述原料和所述阴极，然后将所述原料和所述阴极浸入用于电还原所述原料的熔盐中。20.根据权利要求19所述的方法，包括以下步骤：将载有所述金属产物的所述阴极从电化学池中移出，以及在通过处理器处理所述金属产物之前使所述阴极和所述金属产物冷却，所述电化学池和所述处理器是并置的，或者位于相同容器中，或建筑物中，或者位于相同场所。21.根据权利要求19或20所述的方法，包括以下步骤：在将所述原料装载到所述阴极上之后，使载有所述原料的所述阴极水平移动直到所述阴极位于阳极下方，以及使所述阳极和所述阴极下降到所述熔盐中。22.根据权利要求19、20或21所述的方法，包括以下步骤：在将所述原料还原以产生所述金属产物之后，在将载有所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪翁·沃恩，梅尔基奥雷·康蒂，
申请(专利权)人：金属电解有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB