用于增材制造工艺的高质量粉末形成方法技术

本发明专利技术涉及一种用于处理原料颗粒的原料粉末的粉末处理装置和方法，包括：将原料粉末导入反应器内的等离子体腔室中；使原料粉末暴露于由等离子体源产生的等离子体场中，形成具有经处理颗粒的经处理粉末，所述经处理颗粒与原料颗粒相比具有增加的平均球形度；以及，在等离子体腔室的下游提供热气鞘流，该热气鞘流基本围绕经处理粉末。基本围绕经处理粉末。基本围绕经处理粉末。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造工艺的高质量粉末形成方法


[0001]本专利技术涉及用于增材制造设备和工艺的增材粉末(additive powder)，并进一步涉及形成球形高质量增材粉末的方法和系统。

技术介绍

[0002]增材制造工艺与一般包括一种或多种材料的积聚以制造净形(net shape)或近净形(NNS，near net shape)的对象，这与减材制造方法不同。尽管“增材制造”是行业标准术语，但增材制造包含各种已知增材制造术语的各种制造和原型技术，包括自由成型制造、3D打印、快速原型/模具等等。增材制造技术能够由多种材料制造复杂的构件。通常，可以利用计算机辅助设计(CAD)模型制造独立对象。
[0003]一种常见的粉末床增材制造工艺，称为电子束熔炼(EBM)，通过使用电子束将细粉末烧结、熔融或融合(fuse)来生产三维(3D)对象。激光烧结或熔融也是一种值得注意的增材制造工艺，其使用激光束选择性的融合各种材料系统，例如工程塑料、热塑弹性体、金属、陶瓷等。在EBM和激光烧结/熔融工艺期间，将要熔融的粉末均匀地分散在构建平台的粉末床上，在电子控制单元或发射引导装置的控制下使用能量束烧结或熔融构建对象的横截面层。降低构建平台，再在粉末床和构件对象上分散另一层粉末，然后再相继熔融/烧结粉末。重复该过程，直到零件完全由熔融/烧结的材料制成。
[0004]不管粉末床增材制造工艺的类型如何，增材粉末的物理和化学特性都会影响所得对象的质量。即，通过增材制造工艺构建的组件的特性取决于金属粉末本身，质量更高(例如，更致密、更洁净和更球形)的粉末具有更可预期的行为，可获得更好的组件。由此，增材制造技术形成的组件需要高质量粉末材料，特别是当其用于制造燃气轮机和/或医疗植入物或设备应用的部件时。
[0005]例如，增材粉末的流动性是极大影响打印工艺的重要特性。具体地，流动性差的增材粉末在粉末分散器的表面、重涂机构或增材制造设备的其他表面上会趋于团聚或粘附在一起。此外，将流动性差的增材粉末均匀地分散成层是较为困难或难以实现的，由此会导致粉末中的空隙，而该空隙会在成品零件中产生相应的空隙或缺陷。
[0006]因此，具有改善的物理和化学特性的用于增材制造设备的增材粉末是有益的。更具体地，用于处理增材粉末以大规模改善其物理性质的方法是特别有益的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的方面和有益效果将在以下描述中分别说明，或可从描述中显而易见，或可通过实施本专利技术而获知。
[0008]根据本
技术实现思路
的一个实施方式，提供了一种在粉末处理装置中处理原料颗粒的原料粉末的方法。该方法包括：将原料粉末导入粉末处理装置的反应器内的等离子体腔室中；使原料粉末暴露于由等离子体源生成的等离子体场中，形成具有经处理颗粒的经处理粉末，所述经处理颗粒与原料颗粒相比具有增加的平均球形度；在等离子体腔室的下游供
给热气鞘流，所述热气鞘流基本围绕经处理粉末。
[0009]进一步地，供给所述热气鞘流包括：
[0010]在所述原料排出喷嘴的下游排出所述热气鞘流，所述热气鞘流基本围绕所述经处理粉末。
[0011]进一步地，其中，所述球形度使用ISO 9276
‑
6测定。
[0012]进一步地，其中，所述经处理粉末的球形度的平均球形度高于0.85。
[0013]进一步地，其中，所述等离子体源包括多个等离子炬。
[0014]进一步地，其中，所述多个等离子炬中的每个生成等离子体射流，所述等离子体射流相对于所述原料粉末的流动方向呈一角度，以在所述原料排出喷嘴下方的焦点处会聚。
[0015]进一步地，其中，所述方法还包括：
[0016]在所述等离子体腔室中沿垂直方向移动所述原料排出喷嘴。
[0017]进一步地，其中，所述方法还包括：
[0018]沿限定于所述原料排出喷嘴的壁中的冷却路径提供冷却流体的流，以调节所述原料排出喷嘴的温度。
[0019]进一步地，所述焦点位于限定在所述等离子体腔室顶部的腔室入口。
[0020]进一步地，其中，所述方法还包括：
[0021]将所述热气鞘流分布在限定于所述等离子体腔室周围的分配室内。
[0022]进一步地，其中，所述热气鞘流基本为圆柱形。
[0023]进一步地，其中，所述等离子体腔室和所述分配室通过位于所述反应器内的中心体限定。
[0024]进一步地，其中，所述中心体由石墨形成。
[0025]进一步地，其中，所述热气鞘流包括氩气。
[0026]进一步地，使原料粉末暴露于等离子体场包括：
[0027]将所述原料粉末引入所述等离子体场，使所述原料颗粒表面的至少一部分熔融或蒸发，提升所述原料颗粒的球形度。
[0028]进一步地，其中，所述原料颗粒的最大尺寸为约150μm。
[0029]进一步地，其中，所述原料颗粒的平均原料尺寸为约10μm至约150μm。
[0030]进一步地，其中，所述经处理颗粒的平均粒度小于所述原料颗粒的平均原料尺寸。
[0031]进一步地，其中，所述经处理颗粒的平均粒度为所述原料颗粒的平均原料尺寸的约10％至约90％。
[0032]进一步地，其中，所述原料粉末包括纯金属、铁合金、钛、铝合金、镍合金、铬合金、镍基高温合金、铁基高温合金、钴基高温合金或它们的混合物。
[0033]根据另一个示例性实施方式，提供了一种用于处理原料颗粒的原料粉末的粉末处理装置。粉末处理装置包括：限定等离子体腔室的反应器；原料供仓，用于将原料粉末和载气提供至等离子体腔室；等离子体源，用于将等离子体场导入等离子体腔室以形成具有经处理颗粒的经处理粉末，所述经处理颗粒与原料颗粒相比具有增加的平均球形度；以及，鞘气源，用于在等离子体腔室的下游供给热气鞘流，所述热气鞘流基本围绕经处理粉末。
[0034]进一步地，其中，所述等离子体源包括多个等离子炬，所述多个等离子炬中的每个生成等离子体射流，所述等离子体射流相对于所述原料粉末的流动方向呈一角度，以在所
述原料排出喷嘴下方的焦点处会聚。
[0035]进一步地，其中，所述粉末处理装置还包括：
[0036]位于所述反应器内的中心体，所述中心体限定所述等离子体腔室和用于分配所述热气鞘流的分配室，所述分配室沿所述等离子体腔室周围延伸。
[0037]参考以下描述和随附的权利要求可以更好地理解这些和其他特征、方面和有益效果。并入且构成本说明书一部分的附图说明了本专利技术的实施方式，并与说明书一同解释了本专利技术的具体原理。
附图说明
[0038]参考附图，说明书中阐述了针对本领域技术人员的完整且可实施的本
技术实现思路
，包括其最佳实施方式。
[0039]图1示出了粉末处理装置的示意图，该粉末处理装置可根据本专利技术的示例性实施方式使用以处理增材粉末。
[0040]图2示出了反应器装置的示意图，根据本专利技术的示例性实施方式，该反应器装置可与图1中示例性粉末处理装置一起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在粉末处理装置中处理原料颗粒的原料粉末的方法，其中，所述方法包括：将所述原料粉末从原料排出喷嘴导入所述粉末处理装置的反应器内的等离子体腔室中；使所述原料粉末暴露于由等离子体源生成的等离子体场中，形成具有经处理颗粒的经处理粉末，所述经处理颗粒与原料颗粒相比具有增加的球形度；和供给围绕所述经处理粉末的热气鞘流。2.根据权利要求1所述的方法，其中，供给所述热气鞘流包括：在所述原料排出喷嘴的下游排出所述热气鞘流，所述热气鞘流基本围绕所述经处理粉末。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述球形度使用ISO 9276
‑
6测定。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述经处理粉末的球形度的平均球形度高于0.85。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体源包括多个等离子炬。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个等离子炬中的每个生成等离子体射流，所述等离子体射流相对于所述原料粉末的流动方向呈一角度，以在所述原料排出喷嘴下方的焦点处会聚。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：APamp，amp，C高端粉末涂料公司，
类型：发明
国别省市：