[发明专利]用于金属粉末的粒度传感器

说明书

本发明涉及一种用于金属粉末的粒度传感器。该传感器包括微波腔(201)或波导，该微波腔(201)或波导包括：微波源(202)，用于在该微波腔(201)或波导内产生微波；微波接收器(203)，用于检测在该腔(201)或波导内产生的微波；样本插入点(204)，用于接收该金属粉末的样本；以及分析器(206)，被布置成根据该接收器(203)产生的接收器信号来确定该金属粉末的粒度。

技术领域

本发明涉及一种用于金属粉末的粒度传感器。本发明尤其但不排他地应用于在增材制造设备中使用粒度传感器并测量从增材制造设备的处理室中回收的金属粉末的粒度。

背景技术

自从首次证明通过微波辐射烧结金属粉体¹以来，一直在努力理解导电金属粉末的能量吸收。各种研究采用了第一原理方法来理论上理解在电场和磁场两者内单个颗粒的吸收^2，3，4。已经接受的是，对于基于高电导率值而被认为是金属的任何实际尺寸的颗粒，通过涡流损耗的磁吸收远远大于等效电场中的损耗，并且这已通过实验证明^5，6。

考虑到这一点，已经进行先前的工作，以通过施加高功率微波辐射并测量粉末温度来通过实验验证金属粉末的吸收。已经通过测量温度梯度和所达到的最大温度相对成功地完成了这项工作⁷。也已经通过实验观察到通过理论预测的在特定粒度下的峰值吸收率^8，9。然而，使用温度作为对绝对吸收的度量具有许多困难。首先，必须计算递送到样本的精确功率，并且由于经加热粉末引起的施加器的复杂加载和变化条件，这可能是重要的。此外，精确的确定其他粉末特性可能很困难。例如，粉末热导率和耗散率可能受到环境条件(比如初始温度和气流)以及其他粉末特性(比如堆积密度、样本尺寸和化学组成)的大量影响。

目前，对粉末材料的粒度分布的确定是相对昂贵或不方便的过程。在工业环境中，使用扫描电子显微镜(SEM)的探测通常非常昂贵。激光衍射是所使用的标准测量，但这通常要求粉末良好地分散在液体中，在这过程中金属由于其高密度而易于出错。此外，这些系统需要大量的持续维护和消耗品的补充，这使得它们对于许多应用而言不具有吸引力。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于金属粉末的粒度传感器，该传感器包括微波腔或波导，该微波腔或波导包括：微波源，用于在该微波腔或波导内产生微波；微波接收器，用于检测在该腔或波导内产生的微波；样本插入点，用于接收该金属粉末的样本；以及分析器，被布置成根据该接收器产生的接收器信号来确定该金属粉末的粒度。

以这种方式，可以无损地获得关于金属粉末的粒度(比如平均粒度)的信息。这种信息比如在增材制造设备中例如确定粉末的性质随时间推移的演变时可以是有用的。此外，该传感器可以被实施为用于腔或波导和固态电子器件的简单金属结构，从而允许传感器到诸如增材制造设备等设备中的询问。样本制备最小化，并且该技术是灵活的，以允许在升高的温度下进行测量。

该分析器可以被布置成根据该传感器内的损耗变化和/或根据如由该磁场所驱动的该样本的磁化来确定粒度，该损耗变化是由于该样本引入到该微波腔或波导中而引起的。

该分析器可以被布置成根据这些接收器信号来确定当该样本从参考磁场存在时在该腔或波导中产生的磁场的扰动，并根据该扰动来确定该粒度。

该参考磁场可以是在不存在金属粉末的情况下在该腔或波导中产生的磁场。在这种实施例中，确定可以包括确定粒度的绝对值。

可替代地，该参考磁场可以是当参考金属粉末(比如具有已知粒度的金属粉末或要在制造过程中使用的初始批次的金属粉末)存在于腔或波导中时产生的磁场。在这种实施例中，粒度可以是样本与参考金属粉末的粒度的相对差异或粒度的相对变化。

该扰动可以通过测量接收器信号的功率来确定。另外，该扰动可以通过测量这些接收器信号的相位来确定。功率和/或相位可以使用散射参数(s参数)来表征。