本發(fā)明涉及金屬粉末技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種3d打印用金屬粉末及其制備裝置和方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)以計算機(jī)3維設(shè)計模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品，在制造業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展，近年來已經(jīng)成為全球最關(guān)注的新興技術(shù)之一，尤其在航空航天、汽車等高端技術(shù)領(lǐng)域及國防裝備建設(shè)中具有重要的應(yīng)用和發(fā)展前景。

用于3d打印的金屬粉末對產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)，物理性能起到?jīng)Q定性的影響，行業(yè)內(nèi)定義粉末為尺寸小于1mm的金屬顆粒群。粉末原料除需具備良好的可塑性外，還必須滿足粉末粒徑細(xì)小、雜質(zhì)含量低、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求，根據(jù)不同的3d打印工藝，金屬粉末的最優(yōu)粒徑1~150μm目范圍內(nèi)，不同的打印工藝對金屬粉末粒徑要求稍有區(qū)別。國內(nèi)3d打印用金屬粉末多采用霧化制粉技術(shù)，但是存在產(chǎn)量小、產(chǎn)品粒度分布不均勻，球形度低，大多處于實驗水平且致力于霧化噴嘴的研究，無法實現(xiàn)商業(yè)化大批量生產(chǎn)，3d打印材料大多依賴進(jìn)口，價格昂貴，致使生產(chǎn)成本提高，大大限制了3d打印技術(shù)在我國的應(yīng)用及推廣。因此，積極開展3d打印用金屬粉末的制備研究，以期實現(xiàn)批量化生產(chǎn)是十分必要的。

氣體霧化法是粉末冶金工業(yè)中應(yīng)用最成熟、用量最大的粉末生產(chǎn)方法，也是粉末冶金零件制造用粉末的基礎(chǔ)，其制備過程中避免了熔融金屬與空氣的直接接觸，一直被視為制備低氧含量、低雜質(zhì)含量、高球形度等高端金屬粉末的有效途徑。本發(fā)明提出了一種雙層環(huán)孔噴嘴、造粒分級一體化的氣霧化制粉裝置，可顯著提高霧化制粉效率，降低粉末粒度，提高金屬粉末產(chǎn)品的球形度，制備出滿足3d打印要求的金屬粉末產(chǎn)品。其霧化造粒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，同時減少了篩分設(shè)備的投入，降低了能耗，降低生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率

目前國內(nèi)3d打印金屬粉末原料普遍存在顆粒球形度低、粒徑分布寬，尺寸偏小的問題，大多依賴進(jìn)口，價格昂貴，致使生產(chǎn)成本提高，大大限制了3d打印技術(shù)在我國的應(yīng)用及推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題針對國內(nèi)3d打印用金屬粉末多采用霧化制粉技術(shù)，但是存在產(chǎn)量小、產(chǎn)品粒度分布不均勻，球形度低的問題，本發(fā)明提供一種3d打印用金屬粉末制備裝置，使制備出的金屬粉末具有粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等優(yōu)點，滿足3d打印原材料要求。

本發(fā)明還提供一種3d打印用金屬粉末的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

提供一種3d打印用金屬粉末的制備方法，采用氣體霧化法，包括：

設(shè)置供給液體金屬的反應(yīng)裝置；所述反應(yīng)裝置出口處設(shè)有導(dǎo)流槽，在所述導(dǎo)流槽下端設(shè)置用于破碎液體金屬的噴嘴；所述噴嘴設(shè)有內(nèi)環(huán)噴孔和外環(huán)噴孔；

設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋板，所述環(huán)形波紋板設(shè)在噴嘴下方；

在所述環(huán)形波紋板的離心方向設(shè)置多級篩網(wǎng)；

所述反應(yīng)裝置中的液態(tài)金屬在氮氣的壓力下從導(dǎo)流槽流出，在導(dǎo)流槽下端所述噴嘴噴出的高速氣體擊碎液態(tài)金屬，形成金屬液滴并使其表層急速冷卻，高溫金屬顆粒在旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋板上旋轉(zhuǎn)甩出，在離心力作用下，高溫金屬顆粒分別經(jīng)過多級篩分，最終得到3d打印用金屬粉末。

本發(fā)明為了提高3d打印用金屬粉末產(chǎn)量，降低成本，采用本領(lǐng)域成熟的氣體霧化法為基礎(chǔ)，創(chuàng)造性的采用雙層環(huán)孔噴嘴噴出的高速氣體來擊碎金屬液流，提高霧化制粉效率，打破了常規(guī)技術(shù)中采用霧化器的思維；為了配合高速氣體擊碎的金屬液流，采用了超高轉(zhuǎn)速的環(huán)形波紋板進(jìn)行二次破碎，來有效輔助高溫金屬顆粒旋轉(zhuǎn)增加其球形度，然后通過多級篩網(wǎng)將細(xì)顆粒篩除，有效降低顆粒粒徑范圍，減少了后期粉末處理的設(shè)備投入，達(dá)到3d打印粉末要求。

優(yōu)選地，所述環(huán)形波紋板的轉(zhuǎn)速為10000～30000轉(zhuǎn)/min。

提供一種制備3d打印用金屬粉末裝置，包括反應(yīng)裝置、氣霧化裝置和冷卻塔造粒分級裝置；所述反應(yīng)裝置通過氣霧化裝置與冷卻塔造粒分級裝置連接；

所述氣霧化裝置包括導(dǎo)流槽和噴嘴；所述導(dǎo)流槽與反應(yīng)裝置連接，所述導(dǎo)流槽的另一端設(shè)有噴嘴，所述噴嘴包括內(nèi)環(huán)噴孔和外環(huán)噴孔；

所述冷卻塔造粒分級裝置包括可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋板和多級篩網(wǎng)，所述環(huán)形波紋板設(shè)在噴嘴下方，在所述環(huán)形波紋板的離心方向設(shè)置多級篩網(wǎng)。

本發(fā)明反應(yīng)裝置用于提供液態(tài)金屬，霧化裝置用于擊碎液態(tài)金屬，創(chuàng)造性地采用內(nèi)、外環(huán)噴孔設(shè)計，通過雙重高速氣流擊碎液體金屬，提高霧化制粉效率；霧化裝置形成的金屬液滴在冷卻塔造粒分級裝置中急速冷卻，然后落在高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋板上進(jìn)行二次破碎，在離心作用下通過多級篩分來降低顆粒粒徑范圍，從而達(dá)到造粒分級一體化的目的，極大提高了生產(chǎn)效率的同時，也實現(xiàn)了產(chǎn)品粒度和球形度的要求。

優(yōu)選地，所述噴嘴的內(nèi)環(huán)噴孔形成噴射的角度α為60～90°。

優(yōu)選地，所述噴嘴的外環(huán)噴孔形成噴射的角度β為40～60°。

優(yōu)選地，所述環(huán)形波紋板的波峰與波谷高度差為0.5～5mm。

優(yōu)選地，所述環(huán)形波紋板采用石墨材料。

優(yōu)選地，所述多級篩網(wǎng)包括一級篩網(wǎng)和二級篩網(wǎng)，所述一級篩網(wǎng)的目數(shù)為120～160目，所述二級篩網(wǎng)的目數(shù)為800～1200目。

本發(fā)明還提供一種采用上述方法和設(shè)備制備得到的3d打印金屬粉末。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

本發(fā)明3d打印用金屬粉末的制備方法采用本領(lǐng)域成熟的氣體霧化法為基礎(chǔ)，液態(tài)金屬依次通過雙層環(huán)孔噴嘴、環(huán)形波紋板、多級篩網(wǎng)，可顯著提高霧化制粉效率，降低粉末粒度，提高金屬粉末產(chǎn)品的球形度，制備出滿足3d打印要求的金屬粉末產(chǎn)品。

本發(fā)明3d打印用金屬粉末裝置采用造粒分級一體化設(shè)計，裝置結(jié)構(gòu)簡單；采用造粒分級一體化設(shè)計減少了篩分設(shè)備的投入，降低了能耗，降低生產(chǎn)成本；提高了生產(chǎn)效率。

本發(fā)明雙層環(huán)孔噴嘴設(shè)計，顯著提高霧化制粉效率，降低粉末粒度，采用環(huán)形波紋石墨板設(shè)計可以有效提高金屬粉末產(chǎn)品的球形度，縮小粉末粒徑范圍；配合環(huán)形波紋石墨板在離心作用下，通過設(shè)置多級篩網(wǎng)來減少后期粉末處理設(shè)備投入，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明制備得到的3d打印用金屬粉末產(chǎn)品粒度分布均勻、粒經(jīng)主要分布在20μm～45μm之間。

附圖說明

圖1氣霧化裝置示意圖。

圖2制備3d打印用金屬粉末裝置示意圖。

圖3實施例2制備得到的d打印用金屬粉末激光粒度分析結(jié)果圖。

圖4實施例2制備得到的d打印用金屬粉末sem圖。

其中，1-氮氣瓶，2-氮氣調(diào)節(jié)閥，3-氮氣進(jìn)口，4-氮氣介入管，5-進(jìn)料口，6-攪拌軸，7-放氣閥，8-反應(yīng)釜，9-夾套，10-出料閥，11-噴嘴，12-冷卻塔、13、冷卻塔防護(hù)罩，14、16-一級不銹鋼篩，15、17-二級不銹鋼篩，18-環(huán)形波紋石墨板，19-傳動軸，20-電機(jī)，21、24-一級粉末出料倉，22、25-二級粉末出料倉，23、26-三級粉末出料倉，27-導(dǎo)流槽，28-噴嘴外殼，29-氣體噴孔。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

實施例1

如圖1～2所示，本實施例提供一種制備3d打印用金屬粉末裝置，包括反應(yīng)裝置、氣霧化裝置和冷卻塔造粒分級裝置；反應(yīng)裝置通過氣霧化裝置與冷卻塔造粒分級裝置連接；

反應(yīng)裝置包括氮氣瓶1、氮氣調(diào)節(jié)閥2、氮氣進(jìn)口3、氮氣介入管4、進(jìn)料口5、攪拌軸6、放氣閥7、反應(yīng)釜8、夾套9和出料閥10，氮氣瓶1通過氮氣調(diào)節(jié)閥2調(diào)節(jié)氮氣進(jìn)入氮氣進(jìn)口3，氮氣進(jìn)口3的氮氣通過氮氣介入管4進(jìn)入反應(yīng)釜8中，反應(yīng)釜8上設(shè)有攪拌軸6、進(jìn)料口5、放氣閥7、夾套9和出料閥10，出料閥10與氣霧化裝置連接；

氣霧化裝置包括噴嘴11、導(dǎo)流槽27和氣體噴孔29；導(dǎo)流槽27的一端與出料閥10連接，導(dǎo)流槽27的另一端設(shè)有噴嘴11，噴嘴11包括氣體噴孔29和噴嘴外殼28，氣體噴孔29外設(shè)有噴嘴外殼28，氣體噴孔29包括內(nèi)環(huán)噴孔和外環(huán)噴孔，氣體噴孔29的內(nèi)環(huán)噴孔形成噴射的角度α為60～90°，氣體噴孔29的外環(huán)噴孔形成噴射的角度β為40～60°，

冷卻塔造粒分級裝置包括冷卻塔12、冷卻塔防護(hù)罩13、多級篩網(wǎng)、環(huán)形波紋石墨板18、傳動軸19、電機(jī)20；冷卻塔防護(hù)罩13設(shè)在冷卻塔12上，冷卻塔12內(nèi)設(shè)有多級篩網(wǎng)、環(huán)形波紋石墨板18、傳動軸19和電機(jī)20，傳動軸19和電機(jī)20組成傳動系統(tǒng)控制環(huán)形波紋石墨板18旋轉(zhuǎn)；環(huán)形波紋石墨板18的波峰與波谷高度差為0.5～5mm，多級篩網(wǎng)包括目數(shù)為120～160目的一級不銹鋼篩14和16、目數(shù)為800～1200目的二級不銹鋼篩15和17，冷卻塔12上設(shè)有與多級篩網(wǎng)配合的一級粉末出料倉21和24、二級粉末出料倉22和25、三級粉末出料倉23和26。

實施例2

本實施例提供一種3d打印用金屬粉末的制備方法，采用實施例1的設(shè)備，并配合氣體霧化法，包括：

設(shè)置供給液體金屬的反應(yīng)裝置；反應(yīng)裝置出口處設(shè)有導(dǎo)流槽27，在導(dǎo)流槽27下端設(shè)置用于破碎液體金屬的噴嘴11；噴嘴11設(shè)有內(nèi)環(huán)噴孔和外環(huán)噴孔；

設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋石墨板18，環(huán)形波紋石墨板18設(shè)在噴嘴11下方；

在環(huán)形波紋石墨板18的離心方向設(shè)置多級篩網(wǎng)；

反應(yīng)裝置中的液態(tài)金屬在氮氣的壓力下從導(dǎo)流槽27流出，在導(dǎo)流槽27下端噴嘴11噴出的高速氣體擊碎液態(tài)金屬，形成金屬液滴并使其表層急速冷卻，高溫金屬顆粒在旋轉(zhuǎn)的環(huán)形波紋石墨板18上旋轉(zhuǎn)甩出，環(huán)形波紋石墨板18的轉(zhuǎn)速為10000～30000轉(zhuǎn)/min，在離心力作用下，高溫金屬顆粒分別經(jīng)過多級篩分，最終得到3d打印用金屬粉末。

本實施例制備得到的3d打印用金屬粉末的性能如圖3～圖4所示。