[发明专利]一种3D打印用金属粉末及其制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属粉末技术领域，更具体地，涉及一种3D打印用金属粉末及其制备装置和方法。

背景技术

3D打印技术以计算机3 维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品，在制造业领域迅速发展，近年来已经成为全球最关注的新兴技术之一，尤其在航空航天、汽车等高端技术领域及国防装备建设中具有重要的应用和发展前景。

用于3D打印的金属粉末对产品的微观结构，物理性能起到决定性的影响，行业内定义粉末为尺寸小于1mm的金属颗粒群。粉末原料除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、杂质含量低、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求，根据不同的3D打印工艺，金属粉末的最优粒径1~150μm目范围内，不同的打印工艺对金属粉末粒径要求稍有区别。国内3D打印用金属粉末多采用雾化制粉技术，但是存在产量小、产品粒度分布不均匀，球形度低，大多处于实验水平且致力于雾化喷嘴的研究，无法实现商业化大批量生产，3D打印材料大多依赖进口，价格昂贵，致使生产成本提高，大大限制了3D打印技术在我国的应用及推广。因此，积极开展3D打印用金属粉末的制备研究，以期实现批量化生产是十分必要的。

气体雾化法是粉末冶金工业中应用最成熟、用量最大的粉末生产方法，也是粉末冶金零件制造用粉末的基础，其制备过程中避免了熔融金属与空气的直接接触，一直被视为制备低氧含量、低杂质含量、高球形度等高端金属粉末的有效途径。本发明提出了一种双层环孔喷嘴、造粒分级一体化的气雾化制粉装置，可显著提高雾化制粉效率，降低粉末粒度，提高金属粉末产品的球形度，制备出满足3D打印要求的金属粉末产品。其雾化造粒系统结构简单，同时减少了筛分设备的投入，降低了能耗，降低生产成本，提高了生产效率

目前国内3D打印金属粉末原料普遍存在颗粒球形度低、 粒径分布宽，尺寸偏小的问题，大多依赖进口，价格昂贵，致使生产成本提高，大大限制了3D 打印技术在我国的应用及推广。

发明内容

本发明解决的技术问题针对国内3D打印用金属粉末多采用雾化制粉技术，但是存在产量小、产品粒度分布不均匀，球形度低的问题，本发明提供一种3D打印用金属粉末制备装置，使制备出的金属粉末具有粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等优点，满足3D打印原材料要求。

本发明还提供一种3D打印用金属粉末的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种3D打印用金属粉末的制备方法，采用气体雾化法，包括：

设置供给液体金属的反应装置；所述反应装置出口处设有导流槽，在所述导流槽下端设置用于破碎液体金属的喷嘴；所述喷嘴设有内环喷孔和外环喷孔；

设置可旋转的环形波纹板，所述环形波纹板设在喷嘴下方；

在所述环形波纹板的离心方向设置多级筛网；

所述反应装置中的液态金属在氮气的压力下从导流槽流出，在导流槽下端所述喷嘴喷出的高速气体击碎液态金属，形成金属液滴并使其表层急速冷却，高温金属颗粒在旋转的环形波纹板上旋转甩出，在离心力作用下，高温金属颗粒分别经过多级筛分，最终得到3D打印用金属粉末。

本发明为了提高3D打印用金属粉末产量，降低成本，采用本领域成熟的气体雾化法为基础，创造性的采用双层环孔喷嘴喷出的高速气体来击碎金属液流，提高雾化制粉效率，打破了常规技术中采用雾化器的思维；为了配合高速气体击碎的金属液流，采用了超高转速的环形波纹板进行二次破碎，来有效辅助高温金属颗粒旋转增加其球形度，然后通过多级筛网将细颗粒筛除，有效降低颗粒粒径范围，减少了后期粉末处理的设备投入，达到3D打印粉末要求。

优选地，所述环形波纹板的转速为10000～30000转/min。

提供一种制备3D打印用金属粉末装置，包括反应装置、气雾化装置和冷却塔造粒分级装置；所述反应装置通过气雾化装置与冷却塔造粒分级装置连接；

所述气雾化装置包括导流槽和喷嘴；所述导流槽与反应装置连接，所述导流槽的另一端设有喷嘴，所述喷嘴包括内环喷孔和外环喷孔；

所述冷却塔造粒分级装置包括可旋转的环形波纹板和多级筛网，所述环形波纹板设在喷嘴下方，在所述环形波纹板的离心方向设置多级筛网。