本发明专利技术涉及一种低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置和方法。装置包括熔炼室(1)、熔炼坩埚(2)、保温坩埚(3)、雾化室(5)、旋转圆杯(6)、高速电机(7)、一级收粉罐体(8)、除尘器(9)、二级收粉罐体(10)和循环风机(11)；雾化室(5)和熔炼室(1)连成一体，高速电机(7)沿雾化室(5)穿入，旋转圆杯(6)设在高速电机(7)端；雾化室(5)与一级收粉罐体(8)、除尘器(9)和循环风机(11)连成循环回路。方法包括步骤：a、原料配比和熔炼；b、熔滴二次离心雾化；c、粉末收集；d、粉末的筛分。本装置和方法创新性采用旋转圆杯法制粉，熔滴在杯底和杯内壁经过两次离心雾化，得到小粒径粉末的。得到小粒径粉末的。得到小粒径粉末的。
【技术实现步骤摘要】
低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置和方法，属于3D打印
技术介绍
[0002]目前，用于3D打印成形的金属粉末的制备方法主要有真空感应熔炼气雾化法(VIGA)、电极感应熔炼气体雾化法(EIGA)、旋转圆盘离心雾化法(CA)、等离子旋转电极雾化法(PREP)、射频等离子体球化法(RF)和等离子体雾化法(PA)等。雾化法制空心率高，且氩气消耗量大，成本高；旋转法制备的粉末的球形度好，受限于电极旋转速度，
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53μm粉末收率低；射频等离子球化的粉末氧含量较高，不适合航天航空、医疗3D打印；等离子丝材雾化法制备的粉末具有很好的球形度，且粒度小，但受限于国外专利和技术封锁，国内尚未实现突破。其他技术也大都停留在实验室水平，并未真正应用于大规模的工业生产。目前进口15
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53μmTC4粉末价格为2800元/公斤，国产15
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53μmTC4粉末价格为1500元/公斤。原始粉末价格高造成打印件应用领域的限制，需要开发出一种低成本的金属粉末制备技术。
[0003]因此，开展一种低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置和方法的研究，提高细粉收率，降低球形金属粉末的空心率、氧含量和制备成本，是十分有必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是解决现有3D打印用球形金属粉末空心率、氧含量和制备成本高的。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，包括熔炼室、熔炼坩埚、保温坩埚、雾化室、旋转圆杯、高速电机、一级收粉罐体、除尘器、二级收粉罐体和循环风机；雾化室为大端封闭的锥形漏斗结构，熔炼室设置在雾化室的大端，熔炼坩埚和保温坩埚设置在熔炼室内，保温坩埚下端设置有导管，导管穿入雾化室，熔炼坩埚连接设置有加热装置和倾倒装置，高速电机输出轴沿雾化室小端穿入并延伸至大端内部，旋转圆杯设置在高速电机的穿入端，并位于导管的下方；雾化室的小端通过管道依次与一级收粉罐体、除尘器和循环风机连接，循环风机的出口端与熔炼室和/或雾化室连通后构成循环回路，循环回路上设置有可开闭的进气管，二级收粉罐体设置在除尘器的下端出口处。
[0006]其中，上述装置中所述雾化室上端口直径为2.5～3.5米，下端口直径为0.2～0.3米，且侧壁为双层水冷结构。
[0007]其中，上述装置中所述旋转圆杯为中空的到圆台结构。
[0008]其中，上述装置中所述旋转圆杯的底部直径为10～25mm，高度为0.2～0.3米，侧壁与底端面的夹角为40～60
°
。
[0009]其中，上述装置中所述高速电机转速为30000～60000rmp。
[0010]其中，上述装置中所述熔炼坩埚为双层水冷铜坩埚，除尘器为布袋除尘器。
[0011]其中，上述装置中所述进气管设置在循环风机与熔炼室和雾化室连接的管道上，且进气管15上设置有控制阀。
[0012]其中，上述装置中所述循环风机出口管道上设置有压力传感器和氧含量检测仪。
[0013]低成本制备3D打印用球形金属粉末的方法，包括下列步骤：
[0014]a、原料配比和熔炼
[0015]将金属原料按照配比加进熔炼坩埚，对上述任一装置抽真空，使得装置的真空度小于0.1Pa，然后充氩气到85～90kpa，打开加热装置对熔炼坩埚加热，加热温度为合金锭过热度50～100℃；打开循环风机，然后将熔炼坩埚金属熔液倒进保温坩埚，金属熔滴通过导管落到正下方旋转圆杯中；
[0016]b、熔滴二次离心雾化，在合金熔滴下落前打开高速电机，控制旋转圆杯的转速为30000～60000rmp；
[0017]c、粉末收集；
[0018]d、粉末的筛分，将一级收粉罐体和二级收粉罐体内的粉末筛分即可制得成品。
[0019]其中，上述方法中所述循环回路的管道内的压力为90～95kpa，雾化室的氧含量为18至22ppm，通入氩气的纯度为99.999％以上。
[0020]本专利技术的有益效果是：该装置结合真空感应熔炼气雾化法、旋转圆盘制粉法的优点，创新性采用旋转圆杯法制粉，熔滴在杯底和杯内壁经过两次离心雾化，最终得到的粉末的粒径更小。由于没有采用高压气体对熔滴进行破碎，球形金属粉末的空心率低。采用氩气内循环，通过布袋除尘除去氩气中细微的金属粉末，通过压力传感器和氧浓度传感器对装置进行补、排氩气，降低了氩气的消耗量。通过控制电源功率、旋转圆杯转速、旋转圆杯尺寸等参数，制备出粒度细、空心率低、氧含量低、成本低的球形金属粉末。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的结构示意图；
[0022]图2为制备的TC4球形钛粉扫描电镜图片。
[0023]图中标记为：1是熔炼室，2是熔炼坩埚，3是保温坩埚，4是导管，5是雾化室，6是旋转圆杯，7是高速电机，8是一级收粉罐体，9是除尘器，10是二级收粉罐体，11是循环风机，12是压力传感器，13是氧含量检测仪，14是控制阀，15是进气管。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0025]如图1和图2所示，本专利技术的低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，包括熔炼室1、熔炼坩埚2、保温坩埚3、雾化室5、旋转圆杯6、高速电机7、一级收粉罐体8、除尘器9、二级收粉罐体10和循环风机11；雾化室5为大端封闭的锥形漏斗结构，熔炼室1设置在雾化室5的大端，熔炼坩埚2和保温坩埚3设置在熔炼室1内，保温坩埚3下端设置有导管4，导管4穿入雾化室5，熔炼坩埚2连接设置有加热装置和倾倒装置，高速电机7输出轴沿雾化室5小端穿入并延伸至大端内部，旋转圆杯6设置在高速电机7的穿入端，并位于导管4的下方；雾化室5的小端通过管道依次与一级收粉罐体8、除尘器9和循环风机11连接，循环风机11的出口端与熔炼室1和/或雾化室5连通后构成循环回路，循环回路上设置有可开闭的进气管15，二级
收粉罐体10设置在除尘器9的下端出口处。本领域技术人员能够理解的是，本装置熔炼室1设置在雾化室5的大端，也即是熔炼室1扣在雾化室5的大端上，且两者应密封连接，保证整个装置得压力稳定。高速电机7的输出轴和雾化室5，雾化室5和一级收粉罐体8、除尘器9、循环风机11，除尘器9和二级收粉罐体10均为密封连接，使得整个循环回路正常工作下只能通过进气管15补入或排出气体。导管穿4过雾化室5的大端封闭板，使得保温坩埚3设置在雾化室5上，可优选保温坩埚3和雾化室5大端封闭板可拆卸连接即可。熔炼坩埚2通过加热装置实现内部得物质加热升温熔化，可优选加热装置优选为中频电源，使得实际可控制中频电源的电流强度，来控制金属熔滴的温度，进而影响熔滴的过热度，在一定范围内，适当提高过热度，可以减小熔滴的表面张力和粘度，熔滴在离心力作用下破碎的更细。倾倒装置则可将熔炼坩埚2内得熔融混合金属导入保温坩埚3内，其具体结构未定只要实现上述功能即本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，其特征在于：包括熔炼室(1)、熔炼坩埚(2)、保温坩埚(3)、雾化室(5)、旋转圆杯(6)、高速电机(7)、一级收粉罐体(8)、除尘器(9)、二级收粉罐体(10)和循环风机(11)；雾化室(5)为大端封闭的锥形漏斗结构，熔炼室(1)设置在雾化室(5)的大端，熔炼坩埚(2)和保温坩埚(3)设置在熔炼室(1)内，保温坩埚(3)下端设置有导管(4)，导管(4)穿入雾化室(5)，熔炼坩埚(2)连接设置有加热装置和倾倒装置，高速电机(7)输出轴沿雾化室(5)小端穿入并延伸至大端内部，旋转圆杯(6)设置在高速电机(7)的穿入端，并位于导管(4)的下方；雾化室(5)的小端通过管道依次与一级收粉罐体(8)、除尘器(9)和循环风机(11)连接，循环风机(11)的出口端与熔炼室(1)和/或雾化室(5)连通后构成循环回路，循环回路上设置有可开闭的进气管(15)，二级收粉罐体(10)设置在除尘器(9)的下端出口处。2.根据权利要求1所述的低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，其特征在于：所述雾化室(5)上端口直径为2.5～3.5米，下端口直径为0.2～0.3米，且侧壁为双层水冷结构。3.根据权利要求1所述的低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，其特征在于：所述旋转圆杯(6)为中空的到圆台结构。4.根据权利要求3所述的低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，其特征在于：所述旋转圆杯(6)的底部直径为10～25mm，高度为0.2～0.3米，侧壁与底端面的夹角为40～60
°
。5.根据权利要求1所述的低成本制备3D打印用球形金属粉末的装置，其特征在于：所述高速电机(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢波，范亚卓，赵三超，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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