[发明专利]用于增材制造工艺的高质量粉末形成方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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，或可通过实施本发明而获知。

根据本发明内容的一个实施方式，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。

进一步地，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。

进一步地，其中，所述球形度使用ISO 9276-6测定。

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。

进一步地，其中，所述等离子体源包括多个等离子炬。

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。

进一步地，其中，所述方法还包括：