[发明专利]一种制备3D打印用超细球形金属粉末的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于球形粒子制备的技术领域，具体地说是一种利用脉冲微孔喷射法与离心雾化法相结合制备3D打印用超细球形金属粉末的方法及装置。

背景技术

随着加工方式的变革，3D打印快速成型技术产生并快速发展，这种以增材制造为理念的成型技术运用粉末状金属等可粘合材料，通过逐层打印方式来制造实体制件。该方法生产效率高、成型率高、材料利用率高，必将成为未来的主流加工方式。伴随着3D打印快速成型技术的发展，3D打印用金属粉末的需求量一定不断扩大，质量要求一定不断提高。3D打印用金属粉末要求圆球度高，粒径均一，无卫星滴，具有良好的铺展性和均匀的流动性等。

目前国内外生产金属球形粉末的方法有雾化法，包括气雾化法、水雾化法、离心雾化法等。但是上述雾化法制备粉末的分散度较宽，必须通过多次筛分才能得到满足使用要求粒径的粒子，而且圆球度差，粉末上存在大量的卫星滴，无法满足3D打印用粉末的铺展性及流动性等苛刻要求，并且生产效率低。

我国尚没有开发出完全满足上述要求的粉体，因而材料全部依赖进口且种类极为有限，满足3D打印要求的金属粉末的制备已成为该行业技术发展的瓶颈。因此，有必要提供一种金属粉末的制备方法及制备装置以解决3D打印用粉末制备的技术难题。

发明内容

根据上述提出的3D打印用金属粉末制备过程中存在的圆球度差，铺展性及流动性差等问题，而提供一种制备3D打印用超细球形金属粉末的方法及装置。本发明主要结合脉冲微孔喷射法和离心雾化法两种方法，从而能够制备粒径分布区间窄、圆球度高、有良好铺展性和流动性、生产效率高的符合3D打印使用要求的超细球形金属粉末。

本发明采用的技术手段如下：

一种制备3D打印用超细球形金属粉末的装置，包括壳体、设置于所述壳体内的坩埚和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述壳体内的底部，所述坩埚置于所述粉末收集区上部，所述坩埚内设有与设置在所述壳体外部的压电陶瓷相连的传动杆，所述壳体上设有伸入于所述坩埚内的坩埚进气管，所述壳体上还设有与所述坩埚相连通的机械泵、扩散泵和坩埚放气阀，所述壳体上还设有腔体进气管和腔体放气阀，其特征在于：

所述坩埚是以中心线为轴的、内外嵌套圆环式结构，所述坩埚的内容纳腔的底部与所述坩埚的外容纳腔的底部设有相贯通的中心孔，所述内容纳腔的底部与所述外容纳腔的底部之间设有用于熔融金属流通的空间，所述内容纳腔的中心孔上方设有压片，所述传动杆与所述压片接触；

所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘和设置于所述收集盘上方的与电机相连的用于雾化金属粉末颗粒的旋转圆盘。

上述的坩埚形式是存在内外嵌套的两个腔室，即将金属材料放入外层腔室，在熔融的过程中通过液体流动，汇聚到坩埚中心孔的区域，通过中心孔上覆盖的压片和压片上方的传动杆下移，使液滴从坩埚底部的中心孔喷出。当然，坩埚形式也不局限于上述所述的情况，只要坩埚内存在封闭的腔室，可以在充入保护气体后产生背压，促使液体流动到中心孔附近区域的结构形式均可。所述壳体的体积要足够液滴经离心破碎后飞行降落到底部的收集盘内的范围，能够保证不会凝固在壳体的内壁上，收集盘的面积要保证足够大能够收集粉末即可。

进一步地，所述坩埚内设有热电偶，所述坩埚外侧还设有感应加热器。

进一步地，所述坩埚的中心孔直径范围在0.02mm-2.0mm之间。

进一步地，所述坩埚的材料与置于所述坩埚内的熔融金属的润湿角大于90°。

进一步地，所述旋转圆盘为石墨圆盘，所述旋转圆盘的转速为10000rpm-40000rpm。

本发明还公开了一种制备3D打印用超细球形金属粉末的方法，其特征在于包括如下步骤：

①装料：将待熔融的金属材料放入设置在壳体内上部的坩埚内后密封；

②抽真空：利用机械泵和扩散泵对所述坩埚和所述壳体抽真空，并充入高纯度惰性保护气体，使壳体内压力达到预设值；

③加热：使用感应加热器将所述坩埚内的金属材料熔化，并通过所述坩埚内设置的热电偶实时监测所述坩埚内的温度，待金属材料完全熔化后保温；

④粒子制备：通过设置在所述壳体上并伸入于所述坩埚内的坩埚进气管将高纯度惰性保护气体通入，所述坩埚内产生背压，促使熔融金属填满所述坩埚底部的中心孔；给压电陶瓷输入一定波型的脉冲信号，所述压电陶瓷产生向下位移，由与所述压电陶瓷相连的传动杆及设置在所述传动杆下方的压片传递给中心孔附近区域的熔融金属，使得熔融金属从中心孔底部喷出形成均匀液滴；