[发明专利]一种适用于3D打印的金属粉末制备设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印增材制造领域以及粉末冶金领域，尤其涉及一种适用于3D打印的金属粉末制备设备及方法。

背景技术

随着加工技术的发展及革新，金属粉末在3D打印增材制造领域的应用越来越广泛。当前，金属3D打印粉末制备以高压气体雾化法、等离子旋转电极雾化法为主。但高压气体雾化法制备的粉体粒径范围大，必须经过多次筛分及检验才能得到所需的粒径，生产效率极低，且存在粒度分布不均匀、粉末球形度不佳、颗粒表面存在卫星球、以及存在一定数量的空心粉末等缺陷；旋转电极法制备的粉末虽然不存在以上真空雾化法制粉的缺陷，但其受限于设备的极限转速，制粉过程中很难得到尺寸小于53μm的金属粉末，致使高性能的金属粉末的制备成为当前制约3D打印行业整体发展的瓶颈。

在众多金属粉末制备工艺中，金属射流破碎技术通过微小喷嘴喷射可获得球形度佳的金属粉末，是一种可获得高性能金属粉末的技术。但现有的射流破碎技术存在以下不足：喷射的射流直径与喷嘴直径相近，可获得的金属粉末粒度一般约是喷孔直径的两倍，利用该装置很难产生小于喷嘴直径尺寸的金属熔滴，且小孔径的喷嘴难以加工所以金属粉末的尺寸受到了限制。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种适用于3D打印的金属粉末制备设备及方法，解决了现有射流破碎技术制备金属粉末的尺寸受制的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种适用于3D打印的金属粉末制备设备，包括炉体和炉盖，所述炉体包括上炉腔和下炉腔，还包括：

熔炼系统总成，包括用于容置待熔化金属的熔炼坩埚、用于将金属进行加热的加热装置、用于对熔融的液态金属保温的保温装置以及用于喷射金属液滴的喷嘴，所述加热装置设于所述熔炼坩埚的外部，所述保温装置设于加热装置的外部，所述喷嘴位于所述熔炼坩埚的底端；

微滴生成器总成，包括阴极、阳极，所述阴极位于在所述熔炼坩埚底部，所述阳极设置在所述喷嘴的下端。

优选的，所述微滴生成器总成还包括用于对熔炼坩埚底部的金属熔液施以扰动的振动杆和固定所述振动杆的振动腔。

优选的，所述振动杆的一端靠近所述熔炼坩埚底部，并置于金属熔液中，另一端远离所述熔炼坩埚底部，并通过套设的方式固定于所述振动腔内，所述振动杆远离所述熔炼坩埚底部一端的尺寸大于靠近所述熔炼坩埚底部一端的尺寸。

优选的，还包括连接套总成，包括连接套、密封盖板以及锁紧环，所述连接套设置于所述炉盖上，用于连接振动腔和所述熔炼系统总成，所述密封盖板设置于所述振动腔的上端，用于封闭振动腔，所述锁紧环用于锁紧所述振动腔和所述熔炼系统总成。

优选的，所述连接套总成还包括增压气路，所述增压气路与所述熔炼坩埚连接，用于在金属熔化后，向所述熔炼坩埚内充入惰性气体。

优选的，所述微滴生成器总成还包括用于冷却振动杆的冷却室，所述冷却室设置在所述振动杆顶端的外部，具体处于所述振动腔与振动杆之间。

优选的，所述微滴生成器总成还包括冷却水路，所述冷却水路与所述冷却室连接，用于向所述冷却室循环提供冷液。

优选的，所述微滴生成器总成还包括用于向振动杆传输周期性正弦信号的线路总成，所述线路总成与所述振动杆连接，所述振动杆将所述正弦信号转化为周期性机械振动，对所述熔炼坩埚底部的金属熔液施以扰动。

优选的，所述设备还包括，用于对所述上炉腔和所述下炉腔抽真空处理的抽真空装置，所述抽真空装置通过管道与所述炉体相连接。

优选的，所述抽真空装置为机械泵、罗茨泵以及扩散泵。

优选的，所述加热装置为以环绕的方式设置在所述熔炼坩埚外壁的感应线圈，所述保温装置为套设在所述感应线圈外部的保温套。

优选的，所述喷嘴为毛细管喷嘴。

优选的，所述设备还包括球阀以及集粉罐，所述球阀位于所述下炉腔的底部，所述球阀分别与所述下炉腔和所述集粉罐相连接，置于所述下炉腔和所述集粉罐之间，所述球阀通过开合，将从所述下炉腔滑落的金属球汇入所述集粉罐。

优选的，所述喷嘴的尺寸为0.1～0.3mm。

优选的，所述振动杆产生的机械振动振幅在0.1～0.6μm。

优选的，所述阴极为圆柱状钨电极，所述阳极为圆环状不锈钢电极。

优选的，所述熔炼坩埚所选用的材质是石英、BN或陶瓷；所述加热装置对所述熔炼坩埚内金属的加热方式为感应加热、电阻加热或者感应加热与电阻加热相结合。