RU2770923C1 - Apparatus and method for producing a spherical metal powder used in 3d printing - Google Patents
Apparatus and method for producing a spherical metal powder used in 3d printing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770923C1 RU2770923C1 RU2021106979A RU2021106979A RU2770923C1 RU 2770923 C1 RU2770923 C1 RU 2770923C1 RU 2021106979 A RU2021106979 A RU 2021106979A RU 2021106979 A RU2021106979 A RU 2021106979A RU 2770923 C1 RU2770923 C1 RU 2770923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- specified
- metal powder
- rotating disk
- washer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/10—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying using centrifugal force
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области технологий получения сферического металлического порошка, и, в частности, оно относится к устройству и способу получения сферического металлического порошка с высокой температурой плавления, применяемого в 3D-печати, в которых применяется сочетание импульсного впрыскивания через очень маленькое отверстие с центробежным распылением и форма с разделением жидкого металла на струйки.The present invention relates to the field of technologies for producing spherical metal powder, and in particular, it relates to a device and method for producing a spherical metal powder with a high melting point used in 3D printing, which uses a combination of pulsed injection through a very small hole with centrifugal atomization and a form with the separation of liquid metal into streams.
Уровень техникиState of the art
Технология 3D-печати представляет собой технологию быстрого формирования, в которой на основании файла математической модели с применением металлических порошков, пластиковых материалов и других вяжущих материалов послойной печатью создают объекты, и она обладает значительными возможностями для применения и развития в авиакосмической, автомобильной и других областях высоких технологий, а также в отношении получения оборудования для национальной обороны. При этом количества сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати, также требуется все больше и больше, и к качеству порошка также предъявляются высокие требования, особенно к порошкам из легирующих металлов с высокой температурой плавления; для технологии 3D-печати требуется, чтобы металлический порошок обладал такими характеристиками, как низкое содержание кислорода, высокая сферичность, узкий интервал распределения частиц по размерам, средний диаметр частиц, который меньше чем 50 мкм, отсутствие вторичных капель и т. д.3D printing technology is a fast forming technology that layer-by-layer printing objects based on a mathematical model file using metal powders, plastic materials and other binders, and it has great potential for application and development in aerospace, automotive and other high-tech fields. technologies, as well as in relation to obtaining equipment for national defense. At the same time, the amount of spherical metal powder used in 3D printing is also required more and more, and high requirements are also placed on the quality of the powder, especially alloy metal powders with a high melting point; 3D printing technology requires the metal powder to have the characteristics of low oxygen content, high sphericity, narrow particle size distribution, average particle diameter less than 50 µm, no secondary droplets, etc.
Сегодня в Китае и за рубежом способы промышленного производства металлического сферического порошка в целом заключаются в распылении, в том числе в распылении с применением воздуха, распылении с применением воды, центробежном распылении и т. п. Тем не менее, у порошков, полученных распылением, распределение частиц по размерам широкое, и необходимо многократное просеивание, чтобы можно было получить порошок, размер частиц в котором удовлетворял бы требованиям, от чего эффективность производства значительно снижается, особенно когда к размерам предъявляются строгие требования; при распылении легко возникают вторичные капли, и из-за того, что вторичные капли прилипают к поверхности порошка, текучесть и растекаемость порошка снижаются, поэтому требования к порошкам, применяемым в 3D-печати, не могут быть удовлетворены. Другие способы, например способ нарезания на кусочки или переплавления с выполнением отверстий, способ формирования одинаковых капель, ограничиваются получением металлических порошков с низкой температурой плавления, и на сегодня получение сферических металлических порошков с высокой температурой плавления остается неосвоенным.Today, in China and abroad, the methods of industrial production of metal spherical powder are generally atomization, including air atomization, water atomization, centrifugal atomization, etc. However, powders obtained by atomization, distribution the particle size is wide, and multiple sieving is necessary so that a powder whose particle size can be obtained can be obtained, which greatly reduces the production efficiency, especially when strict requirements are imposed on the size; when spraying, secondary droplets are easily generated, and because the secondary droplets adhere to the surface of the powder, the fluidity and spreadability of the powder is reduced, so the requirements of powders used in 3D printing cannot be satisfied. Other methods, such as cutting into pieces or remelting with holes, the method of forming identical droplets, are limited to obtaining metal powders with a low melting point, and today the production of spherical metal powders with a high melting point remains undeveloped.
Следовательно, существует необходимость в разработке способа получения и устройства для получения металлического порошка с высокой температурой плавления, чтобы решить проблемы технологий получения порошков, применяемых в 3D-печати.Therefore, there is a need to develop a production method and apparatus for producing high melting point metal powder in order to solve the problems of powder production technologies used in 3D printing.
Суть изобретенияThe essence of the invention
С учетом указанных выше проблем, характерных для процессов получения металлических порошков, применяемых в 3D-печати, таких как низкая сферичность, плохая растекаемость и текучесть и т. п., предложены устройство и способ получения сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати. В настоящем изобретении в целом сочетаются импульсное впрыскивание через очень маленькое отверстие и центробежное распыление, при этом предлагается конструкция вращающегося диска, и добавлена катушка индукционного нагрева для осуществления индукционного нагрева поверхностей круглого диска, и таким образом в отношении жидкого металла исключается традиционная форма разделения расплавленного металла и осуществляется разделение в виде струек, которое можно осуществить, только если распыляемая среда представляет собой водный раствор или органический раствор; благодаря такой форме может осуществляться сверхмелкое распыление металлического порошка и в отношении регулирования размера частиц может обеспечиваться сравнительно заметный шаг вперед, при этом можно получить сферический металлический порошок, который характеризуется высокой сферичностью, хорошей текучестью и растекаемостью, отсутствием вторичных капель, очень высоким выходом мелкого порошка и который соответствует требованиям к применению в 3D-печати.Taking into account the above problems that are typical for the processes for obtaining metal powders used in 3D printing, such as low sphericity, poor spreadability and fluidity, etc., a device and a method for producing a spherical metal powder used in 3D printing are proposed. The present invention combines very small orifice pulse injection and centrifugal atomization as a whole, and proposes a rotating disk design, and adds an induction heating coil to realize induction heating of the round disk surfaces, and thus, with regard to liquid metal, the traditional form of separation of molten metal and separation is carried out in the form of streams, which can only be carried out if the spray medium is an aqueous solution or an organic solution; due to this shape, ultra-fine atomization of the metal powder can be realized and a comparatively significant step forward can be achieved in terms of particle size control, whereby a spherical metal powder can be obtained, which is characterized by high sphericity, good flowability and spreadability, no secondary droplets, very high yield of fine powder and which meets the requirements for 3D printing applications.
Далее представлены применяемые в настоящем изобретении технические средства.The following are the technical means used in the present invention.
Устройство для получения сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати, содержащее: корпус, тигель, установленный в указанном корпусе, и собирающую камеру, при этом указанный тигель расположен в верхней части указанного корпуса, а указанная собирающая камера расположена в нижней части указанного тигля;A device for producing a spherical metal powder used in 3D printing, comprising: a housing, a crucible installed in the specified housing, and a collecting chamber, while the specified crucible is located in the upper part of the specified housing, and the specified collecting chamber is located in the lower part of the specified crucible;
внутри указанного тигля расположен передаточный стержень, соединенный с пьезоэлектрической керамикой, расположенной снаружи указанного корпуса, при этом место, в котором указанный передаточный стержень связан с верхней частью указанного тигля, уплотнено посредством динамического уплотнения; указанный передаточный стержень нижним концом расположен напротив центрального отверстия в нижней части указанного тигля; под указанным центральным отверстием закреплена шайба с небольшим отверстием; указанный тигель внутри снабжен термопарой; указанный тигель снаружи снабжен резистивным нагревателем;inside said crucible is a transfer rod connected to a piezoelectric ceramic outside of said body, wherein the location where said transfer rod is connected to the top of said crucible is sealed by dynamic sealing; the specified transmission rod lower end is located opposite the Central hole in the lower part of the specified crucible; a washer with a small hole is fixed under the said central hole; the specified crucible inside is equipped with a thermocouple; said crucible is provided with a resistive heater on the outside;
указанный корпус в верхней части снабжен элементом для впуска воздуха в тигель, проходящим в указанный тигель, и клапаном для выпуска воздуха из тигля; указанный корпус на боковой стенке дополнительно снабжен диффузионным насосом и механическим насосом; указанный корпус дополнительно снабжен элементом для впуска воздуха в полость и клапаном для выпуска воздуха из полости; указанный корпус на одной стороне снабжен топочной дверцей;the specified housing in the upper part is provided with an element for air inlet into the crucible, passing into the specified crucible, and a valve for venting air from the crucible; the specified case on the side wall is additionally provided with a diffusion pump and a mechanical pump; said housing is additionally provided with an element for air inlet into the cavity and a valve for venting air from the cavity; the specified housing on one side is equipped with a furnace door;
указанная собирающая камера прикреплена к указанному корпусу посредством опоры; между указанным корпусом и указанной собирающей камерой расположена проходящая в них круглая трубка для капель; внутри полости указанной собирающей камеры, напротив нижнего конца указанной круглой трубки для капель установлен вращающийся диск; указанный вращающийся диск связан с электродвигателем; указанная собирающая камера в нижней части снабжена собирательными пластинами; указанная собирающая камера на одной стороне снабжена дверцей собирающей камеры;said collecting chamber is attached to said body by means of a support; between said housing and said collecting chamber, there is a round drip tube extending therein; inside the cavity of the specified collecting chamber, opposite the lower end of the specified round tube for drops installed rotating disk; said rotating disk is connected to an electric motor; the specified collecting chamber in the lower part is equipped with collecting plates; said collecting chamber is provided on one side with a collecting chamber door;
указанный вращающийся диск содержит основную часть, элемент для распыления с плоской поверхностью и вентиляционное отверстие;the specified rotating disk contains the main part, the element for spraying with a flat surface and a vent;
указанная основная часть представляет собой основной элемент T-образного продольного сечения, состоящий из принимающей части в верхней части и опорной части в нижней части; указанная принимающая часть на верхней поверхности снабжена круглой выемкой определенного радиуса, соосной с ней в отношении центров окружности; при этом указанная основная часть изготовлена из материала, теплопроводность которого меньше чем 20 Вт/(м∙К);said body is a T-shaped longitudinal section main member, consisting of a receiving part at the top and a support part at the bottom; the specified receiving part on the upper surface is provided with a circular recess of a certain radius, coaxial with it in relation to the centers of the circle; wherein said body is made of a material whose thermal conductivity is less than 20 W/(m∙K);
указанный элемент для распыления с плоской поверхностью представляет собой элемент в виде круглого диска; указанный элемент в виде круглого диска соответствует круглой выемке и расположен в указанной круглой выемке посадкой с натягом; указанный элемент для распыления с плоской поверхностью выполнен из материала, обеспечивающего угол смачивания с распыляемыми каплями менее 90°;said flat surface spray element is a round disk element; the specified element in the form of a circular disc corresponds to the circular recess and is located in the specified circular recess fit with an interference fit; the specified element for spraying with a flat surface is made of a material that provides a contact angle with the sprayed drops of less than 90°;
указанное вентиляционное отверстие выполнено проходящим сквозь указанную принимающую часть и указанную опорную часть; указанное вентиляционное отверстие верхней стороной находится в контакте с нижней торцевой поверхностью указанного элемента для распыления с плоской поверхностью; указанное вентиляционное отверстие нижней стороной выполнено в сообщении с внешней средой;the specified vent is made passing through the specified receiving part and the specified reference part; said vent opening with its upper side in contact with a lower end surface of said flat surface spray member; the specified vent hole bottom side is made in communication with the external environment;
вокруг указанного вращающегося диска дополнительно предусмотрена катушка индукционного нагрева.an induction heating coil is additionally provided around said rotating disk.
Для обеспечения удобства загрузки сырья и сбора готовой продукции указанный корпус на одной стороне снабжен топочной дверцей, а указанная собирающая камера на одной стороне снабжена дверцей собирающей камеры. В месте, в котором передаточный стержень связан с верхней частью тигля, уплотнено посредством динамического уплотнения; передаточный стержень проходит в полость тигля и в расплав; расплав под действием передаточного стержня выбрасывается сквозь отверстие в шайбе с небольшим отверстием с образованием капель; капли через круглую трубку для капель свободно падают на вращающийся диск; под действием центробежной силы капли разделяются на струйки и, наконец, слетают с края вращающегося диска с образованием мелких капель, которые свободно падают, оказываясь вне емкости, образуют металлический порошок и, наконец, попадают в емкость для сбора. Площадь емкости для сбора достаточно большая, чтобы металлический порошок можно было полностью собрать; высоты собирающей камеры вполне достаточно, чтобы капли после центробежного разделения во время свободного падения могли полностью затвердеть; ширина собирающей камеры в достаточной мере больше, чем дальность полета капель после центробежного разделения, то есть капли после центробежного разделения в процессе падения затвердевают в металлический порошок и падают в емкость для сбора.To ensure the convenience of loading raw materials and collecting finished products, said body is provided with a furnace door on one side, and said collecting chamber is provided with a collecting chamber door on one side. The place where the transfer rod is connected to the top of the crucible is sealed by dynamic sealing; the transfer rod passes into the cavity of the crucible and into the melt; the melt under the action of the transfer rod is ejected through the hole in the washer with a small hole with the formation of drops; droplets through a round drop tube fall freely onto a rotating disk; under the action of centrifugal force, the droplets are separated into streams and finally fly off the edge of the rotating disk to form fine droplets, which fall freely outside the container, form metal powder and finally fall into the collection container. The area of the collection container is large enough so that the metal powder can be completely collected; the height of the collecting chamber is quite sufficient so that the drops after centrifugal separation during free fall can completely solidify; the width of the collecting chamber is sufficiently larger than the flight distance of the droplets after centrifugal separation, that is, the droplets after centrifugal separation solidify into metal powder during the falling process and fall into the collection container.
Предпочтительно высота опорной части основной части не должна быть слишком большой и должна быть меньше, чем высота принимающей части. Верхняя торцевая поверхность указанного элемента для распыления с плоской поверхностью выступает из верхней торцевой поверхности указанной принимающей части, при этом она выступает в пределах 0,1–0,5 мм. Необходимо только, чтобы высота выступа способствовала тому, чтобы рассеиваемые капли металла не касались основной части, а сразу летели в камеру и падали на собирательную пластину. Указанная основная часть изготовлена из керамики на основе двуокиси циркония, кремнеземного стекла или нержавеющей стали, но она не ограничивается вышеуказанными материалами, и необходимо только, чтобы это был материал, теплопроводность которого меньше 20 Вт/(м∙К). Размер верхней стороны указанного вентиляционного отверстия меньше или равен размеру нижней торцевой поверхности указанного элемента для распыления с плоской поверхностью; вентиляционное отверстие выполнено для того, чтобы при создании вакуума могло обеспечиваться более полное всасывание газа в промежутках во вращающемся диске; более безопасно, когда вращающийся диск вращается на высокой скорости, поэтому, чем больше площадь контакта верхней стороны вентиляционного отверстия с нижней торцевой поверхностью элемента для распыления с плоской поверхностью, тем лучше стабильность элемента для распыления с плоской поверхностью при создании вакуума.Preferably, the height of the base part of the body should not be too large and should be less than the height of the receiving part. The upper end surface of said flat surface atomizing member protrudes from the upper end surface of said receiving portion, while it protrudes within 0.1 mm to 0.5 mm. It is only necessary that the height of the protrusion helps to ensure that the scattered metal drops do not touch the main part, but immediately fly into the chamber and fall onto the collecting plate. Said main body is made of zirconia ceramic, silica glass or stainless steel, but it is not limited to the above materials, and it is only necessary that it be a material whose thermal conductivity is less than 20 W/(m∙K). The size of the top side of said vent hole is less than or equal to the size of the bottom end face of said flat surface spray member; the vent hole is designed so that when a vacuum is created, a more complete suction of the gas in the gaps in the rotating disk can be ensured; it is safer when the rotating disc rotates at high speed, so the larger the contact area of the top side of the vent hole with the bottom end surface of the flat surface atomization element, the better the stability of the flat surface atomization element when generating a vacuum.
Предпочтительно диаметр центрального отверстия в указанном тигле больше, чем диаметр небольшого отверстия шайбы с небольшим отверстием; диаметр небольшого отверстия указанной шайбы с небольшим отверстием находится в диапазоне от 0,02 мм до 2,0 мм.Preferably, the diameter of the central hole in said crucible is larger than the diameter of the small hole of the small hole washer; the small hole diameter of said small hole washer is in the range of 0.02 mm to 2.0 mm.
Предпочтительно между материалом указанной шайбы с небольшим отверстием и расплавом, расположенным в указанном тигле, угол смачивания составляет больше чем 90°.Preferably, between the material of said washer with a small hole and the melt located in said crucible, the contact angle is greater than 90°.
Предпочтительно скорость вращения указанного вращающегося диска составляет от 10000 об/мин до 40000 об/мин.Preferably, the rotation speed of said rotating disc is between 10,000 rpm and 40,000 rpm.
Кроме того, толщина нагревания указанной катушки индукционного нагрева находится в диапазоне 5–20 мм; она связана с частотным преобразователем и источником электропитания со стабилизацией напряжения, расположенными снаружи указанного корпуса, при этом у указанного источника электропитания со стабилизацией напряжения диапазон регулирования напряжения составляет 0–50 В.In addition, the heating thickness of said induction heating coil is in the range of 5mm to 20mm; it is connected to a frequency converter and a voltage stabilized power supply located outside of the specified housing, while the voltage regulation range of the specified voltage stabilized power supply is 0-50 V.
Предпочтительно в указанном устройстве в направлении сверху вниз указанная пьезоэлектрическая керамика, указанный передаточный стержень, указанный тигель, указанный резистивный нагреватель, указанная шайба, указанная круглая трубка для капель, указанный вращающийся диск и указанная катушка индукционного нагрева расположены на одной оси.Preferably, in said device, from top to bottom, said piezoelectric ceramic, said transfer rod, said crucible, said resistive heater, said washer, said round drip tube, said rotating disk and said induction heating coil are arranged on the same axis.
Согласно настоящему изобретению также предложен способ получения сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати, с применением вышеуказанного устройства, который характеризуется тем, что включает следующие этапы:The present invention also provides a method for producing a spherical metal powder used in 3D printing using the above apparatus, which is characterized in that it includes the following steps:
загрузку сырья: сырье после измельчения до предварительно установленного среднего диаметра частиц загружают в тигель и герметично закрывают;loading of raw materials: raw materials after grinding to a predetermined average particle diameter are loaded into a crucible and hermetically sealed;
создание вакуума и нагревание: посредством механического насоса и диффузионного насоса в указанном тигле и указанном корпусе создают вакуум и заполняют их инертным газом высокой чистоты; на основании температуры плавления подлежащего нагреванию сырья устанавливают нагревательную мощность резистивного нагревателя, после достижения требуемой температурой нагрева температуры плавления обеспечивают полное расплавление сырья с получением расплава; вручную регулируют положение передаточного стержня с обеспечением предварительно определенного расстояния между передаточным стержнем и шайбой с небольшим отверстием;creating a vacuum and heating: by means of a mechanical pump and a diffusion pump, a vacuum is created in the specified crucible and the specified body and filled with an inert gas of high purity; based on the melting temperature of the raw material to be heated, the heating power of the resistance heater is set, after the required heating temperature reaches the melting temperature, the raw material is completely melted to obtain a melt; manually adjusting the position of the transmission rod to provide a predetermined distance between the transmission rod and the washer with a small hole;
индукционный нагрев: посредством электродвигателя обеспечивают скоростное вращение указанного вращающегося диска с предварительно установленной скоростью вращения; затем посредством катушки индукционного нагрева верхнюю поверхность вращающегося с высокой скоростью диска нагревают до температуры плавления металлического материала или выше;induction heating: by means of an electric motor, said rotating disk is provided with high-speed rotation at a predetermined rotation speed; then, by means of an induction heating coil, the upper surface of the high-speed rotating disc is heated to a melting point of the metal material or higher;
получение порошка: сначала вручную регулируют положение передаточного стержня с обеспечением предварительно определенного расстояния между передаточным стержнем и шайбой с небольшим отверстием; затем посредством элемента для впуска воздуха в тигель, расположенного на указанном корпусе и проходящего в указанный тигель, впускают инертный защитный газ высокой чистоты с созданием внутри и снаружи указанного тигля положительного перепада давления, способствующего заполнению расплавом центрального отверстия в нижней части указанного тигля; наконец, на пьезоэлектрическую керамику подают импульсный сигнал определенной формы волны, при этом указанная пьезоэлектрическая керамика обеспечивает смещение в направлении вниз, и посредством передаточного стержня, соединенного с указанной пьезоэлектрической керамикой, перемещают расплавленный металл, находящийся в области около центрального отверстия, с выбрасыванием расплавленного металла через шайбу с небольшим отверстием под центральным отверстием и образованием одинаковых капель;powder production: first manually adjust the position of the transfer rod to provide a predetermined distance between the transfer rod and the washer with a small hole; then, through a crucible air inlet located on said body and passing into said crucible, a high purity inert shielding gas is let in to create a positive pressure difference inside and outside of said crucible, facilitating the filling of a central hole in the lower part of said crucible with melt; finally, the piezoelectric ceramic is supplied with a pulse signal of a certain waveform, while said piezoelectric ceramic provides a downward displacement, and by means of a transmission rod connected to said piezoelectric ceramic, the molten metal located in the region near the central hole is moved, with the molten metal ejected through a washer with a small hole under the central hole and the formation of identical drops;
образование порошка: одинаковые капли через круглую трубку для капель свободно падают на вращающийся с высокой скоростью диск, при этом одинаковые капли расплава сначала попадают в центр вращающегося диска; поскольку в этот момент центробежная сила относительно небольшая, капли не будут сразу рассеиваться наружу, а растекаются по вращающемуся диску по окружности; когда они растекаются до определенного предела, где центробежная сила достаточно большая, растекшийся металл под действием центробежной силы на вращающемся диске двигается в виде струек к краю вращающегося диска, а затем разделяется на мелкие капли и слетает; маленькие капли в процессе падения, оказываясь вне емкости, затвердевают и образуют металлический порошок, который падает на собирательную пластину;powder formation: identical droplets through a round drop tube freely fall onto a disk rotating at high speed, while identical drops of melt first fall into the center of the rotating disk; since at this moment the centrifugal force is relatively small, the drops will not immediately dissipate outward, but spread along the rotating disk in a circle; when they spread to a certain limit, where the centrifugal force is large enough, the spread metal, under the action of centrifugal force on a rotating disk, moves in the form of streams to the edge of the rotating disk, and then splits into small drops and flies off; small drops in the process of falling, ending up outside the container, harden and form a metal powder that falls onto a collecting plate;
сбор порошка: после получения прекращают нагревание резистивного нагревателя, нагревание катушки индукционного нагрева и вращение вращающегося диска; выключают механический насос, диффузионный насос и закрывают элемент для впуска воздуха в полость, клапан для выпуска воздуха из полости, элемент для впуска воздуха в тигель и клапан для выпуска воздуха из тигля; открывают дверцу собирающей камеры и извлекают металлический порошок на собирательных пластинах.collecting the powder: after receiving, stop heating the resistance heater, heating the induction heating coil, and stop rotating the rotating disc; turn off the mechanical pump, the diffusion pump and close the element for air inlet into the cavity, the valve for venting air from the cavity, the element for air inlet into the crucible and the valve for venting air from the crucible; open the door of the collecting chamber and remove the metal powder on the collecting plates.
Предпочтительно указанное сырье загружают в указанный тигель через топочную дверцу, и загружаемое количество сырья составляет 1/4–3/4 объема указанного тигля.Preferably, said raw material is loaded into said crucible through the furnace door, and the loaded amount of raw material is 1/4 to 3/4 of the volume of said crucible.
Предпочтительно вручную регулируют положение передаточного стержня с обеспечением между передаточным стержнем и шайбой с небольшим отверстием расстояния, составляющего от 2 см до 5 см.Preferably, the position of the transfer rod is manually adjusted to provide between the transfer rod and the small hole washer a distance of 2 cm to 5 cm.
Кроме того, диапазон напряжения для индукционного нагрева посредством указанной катушки индукционного нагрева составляет 0–50 В, а время индукционного нагрева составляет 5–15 мин.In addition, the voltage range for induction heating by said induction heating coil is 0 to 50V, and the induction heating time is 5 to 15 minutes.
Предпочтительно между полостью указанного тигля и полостью указанного корпуса обеспечивают перепад давления, составляющий 0–200 кПа.Preferably between the cavity of the specified crucible and the cavity of the specified body provide a pressure drop of 0-200 kPa.
По сравнению с аналогами, известными из уровня техники, настоящее изобретение обладает следующими преимуществами:Compared with analogues known from the prior art, the present invention has the following advantages:
Согласно настоящему изобретению предложено устройство, в котором импульсное впрыскивание через очень маленькое отверстие сочетается с центробежным распылением и в котором на вращающемся диске может обеспечиваться разделение капель металла на струйки, в результате чего может изготавливаться мелкий сферический металлический порошок с высокой температурой плавления; раскрытый в настоящем изобретении вращающийся диск представляет собой конструкцию со вставками, в которой для основной части применяется материал с плохой теплопроводностью, то есть с теплопроводностью менее 20 Вт/(м∙К), который может эффективно уменьшать количество тепла, передаваемое вращающимся диском на высокоскоростной электродвигатель, и предотвращать его отрицательное воздействие на нормальную работу высокоскоростного электродвигателя; при этом в качестве элемента для распыления с плоской поверхностью применяется материал для распыления расплава, обладающий хорошей смачиваемостью, то есть материал с углом смачивания менее 90°, что способствует растеканию капель по элементу для распыления с плоской поверхностью, в результате чего обеспечивается возможность достаточного распыления жидкого металла.According to the present invention, an apparatus is provided in which pulse injection through a very small orifice is combined with centrifugal atomization, and in which metal droplets can be separated into streams on a rotating disk, whereby a fine spherical metal powder with a high melting point can be produced; The rotary disk disclosed in the present invention is an insert structure that adopts a material with poor thermal conductivity, that is, a thermal conductivity of less than 20 W/(m∙K) for the main body, which can effectively reduce the amount of heat transferred by the rotary disk to a high-speed electric motor. , and prevent its negative impact on the normal operation of the high-speed motor; whereby, as the flat surface atomization element, a melt atomization material having good wettability, i.e., a material with a contact angle of less than 90°, is used, which promotes droplet spreading on the flat surface atomization element, thereby enabling sufficient atomization of the liquid metal.
Металлический материал с высокой температурой плавления, расплавленный в тигле, под действием перепада давления и импульсного возмущения выбрасывается сквозь небольшое отверстие в нижней части тигля с образованием одинаковых капель; одинаковые капли в расплавленном состоянии сначала капают в центр вращающегося диска; поскольку смачиваемость материала элемента для распыления с плоской поверхностью вращающегося диска в отношении капель металла хорошая и центробежная сила в центре вращающегося диска сравнительно небольшая, то капли не будут сразу рассеиваться наружу, а растекаются по вращающемуся диску по окружности; когда они растекаются до определенного предела, где центробежная сила достаточно большая, растекшийся металл под действием центробежной силы на вращающемся диске двигается в виде струек к краю вращающегося диска, а затем разделяется на мелкие капли и слетает; мелкие капли в процессе падения, оказываясь вне емкости, затвердевают и образуют металлический порошок; благодаря импульсному впрыскиванию через очень маленькое отверстие можно преодолеть недостаток других способов, связанный с выбрасыванием расплавленного металла с высокой температурой, при этом осуществляется выбрасывание одинаковых капель расплавленного металла с высокой температурной и обеспечивается отсутствие в выбрасываемых каплях вторичных капель, поэтому сферичность высокая. Сочетание импульсного впрыскивания через очень маленькое отверстие с распылением обеспечивает то, что после распыления размер капель значительно уменьшается, осуществляется сверхмелкое распыление металлического порошка, а также обеспечивается возможность регулирования размера частиц, высокого объема производства и удовлетворения требований промышленного производства.A metal material with a high melting point melted in a crucible is ejected through a small hole in the lower part of the crucible under the action of a pressure drop and impulse disturbance to form identical droplets; identical drops in the molten state first drip into the center of the rotating disk; since the wettability of the material of the rotating disk flat surface spraying element with respect to metal drops is good and the centrifugal force at the center of the rotating disk is relatively small, the drops will not immediately dissipate outward, but spread around the rotating disk in a circumferential direction; when they spread to a certain limit, where the centrifugal force is large enough, the spread metal, under the action of centrifugal force on a rotating disk, moves in the form of streams to the edge of the rotating disk, and then splits into small drops and flies off; small drops in the process of falling, ending up outside the container, harden and form a metal powder; By pulsed injection through a very small orifice, the disadvantage of other methods of ejection of high temperature molten metal can be overcome, while ejection of the same drops of high temperature molten metal is carried out and no secondary droplets are ejected, so the sphericity is high. The combination of very small orifice pulse injection with atomization ensures that after atomization the droplet size is greatly reduced, ultra fine atomization of the metal powder is achieved, and the ability to control particle size, high production volume, and meet the requirements of industrial production.
Управляемость технологического процесса согласно настоящему изобретению является высокой, что проявляется в следующем: посредством резистивного нагревателя можно точно регулировать температуру нагревания в тигле; посредством вводимого в тигель и корпус инертного газа можно регулировать перепад давления в тигле и корпусе; за счет размера небольшого отверстия шайбы с небольшим отверстием в нижней части тигля можно регулировать размер капель; за счет центробежного распыления также регулируется распределение размеров металлических микрочастиц; посредством катушки индукционного нагрева можно регулировать температуру поверхности вращающегося диска; за счет того, что может регулироваться скорость вращения вращающегося диска, можно регулировать результат разделения расплавленного металла на струйки, благодаря чему можно дополнительно регулировать распределение размеров металлических микрочастиц; благодаря возможности регулирования и контроля технологических параметров можно получать сферический металлический порошок с размером и распределением частиц, которые удовлетворяют разным требованиям, и обеспечить повышение эффективности производства.The controllability of the process according to the present invention is high, which is manifested in the following: by means of a resistance heater, the heating temperature in the crucible can be accurately controlled; by means of an inert gas introduced into the crucible and the body, the pressure drop in the crucible and the body can be controlled; due to the size of the small hole of the washer with a small hole in the lower part of the crucible, the droplet size can be adjusted; due to centrifugal atomization, the size distribution of metal microparticles is also regulated; by means of an induction heating coil, the surface temperature of the rotating disk can be adjusted; due to the fact that the speed of rotation of the rotating disk can be adjusted, it is possible to control the result of the separation of the molten metal into streams, whereby it is possible to further control the size distribution of the metal microparticles; With the ability to adjust and control the process parameters, it is possible to obtain a spherical metal powder with a particle size and distribution that meets different requirements, and improve production efficiency.
С помощью настоящего изобретения можно с высокой эффективностью получать удовлетворяющий требованиям сферический металлический порошок с высокой температурой плавления, применяемый в 3D-печати, который характеризуется тем, что размер частиц маленький и его можно регулировать, интервал распределения частиц по размерам узкий, сферичность высокая, вторичные капли отсутствуют, текучесть и растекаемость хорошие, при этом эффективность производства высокая, а себестоимость низкая, и он подходит для целей промышленного производства.With the present invention, a satisfying high melting point spherical metal powder used in 3D printing can be obtained with high efficiency, which is characterized by the particle size being small and can be controlled, the particle size distribution range is narrow, the sphericity is high, secondary droplets are absent, the fluidity and spreadability are good, while the production efficiency is high and the production cost is low, and it is suitable for the purpose of industrial production.
ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Для более понятного описания технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения или аналогам, известным из уровня техники, ниже в простой форме представлены прилагаемые графические материалы, которые нужно применять в отношении вариантов осуществления или аналогов, известных из уровня техники, при этом совершенно очевидно, что описанные ниже прилагаемые графические материалы относятся к нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, и специалисты в данной области техники на основании этих прилагаемых графических материалов без приложения творческих усилий также могут получить другие прилагаемые графические материалы.In order to more clearly describe the technical solutions according to the embodiments of the present invention or analogues known from the prior art, the accompanying drawings are presented below in a simple form, which should be applied to the embodiments or analogues known from the prior art, while it is clear that the described the accompanying graphics below refer to several embodiments of the present invention, and those skilled in the art can also obtain other accompanying graphics based on these attached graphics without any creative effort.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 is a schematic representation of the construction according to the present invention.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение конструкции вращающегося диска согласно настоящему изобретению.In FIG. 2 is a schematic representation of the construction of a rotating disk according to the present invention.
На фиг. 3 представлены сравнительные изображения, относящиеся к поверхности после испытания вращающегося диска согласно настоящему изобретению и поверхности после испытания известного вращающегося диска, при этом (a) показывает поверхность вращающегося диска с разделением в виде струек, а (b) показывает поверхность вращающегося диска аналога, известного из уровня техники.In FIG. 3 shows comparative images relating to the test surface of a spinning disc according to the present invention and the test surface of a known spinning disc, with (a) showing the surface of a spinning disc with filament separation, and (b) showing the surface of a spinning disc of an analogue known from the level of technology.
На фигурах: 1 - пьезоэлектрическая керамика; 2 - динамическое уплотнение; 3 - передаточный стержень; 4 - расплав; 5 - тигель; 6 - резистивный нагреватель; 7 - болт; 8 - топочная дверца; 9 - опора; 10 - круглая трубка для капель; 11 - вращающийся диск; 12 - металлический порошок; 13 - собирающая камера; 14 - дверца собирающей камеры; 15 - собирательная пластина; 16 - электродвигатель; 17 - катушка индукционного нагрева; 18 - капля; 19 - корпус; 20 - шайба; 21 - элемент для впуска воздуха в полость; 22 - механический насос; 23 - диффузионный насос; 24 - клапан для выпуска воздуха из полости; 25 - полость тигля; 26 - клапан для выпуска воздуха из тигля; 27 - элемент для впуска воздуха в тигель; 28 - принимающая часть; 29 - опорная часть; 30 - элемент для распыления с плоской поверхностью; 31 - вентиляционное отверстие.On the figures: 1 - piezoelectric ceramics; 2 - dynamic seal; 3 - transfer rod; 4 - melt; 5 - crucible; 6 - resistive heater; 7 - bolt; 8 - furnace door; 9 - support; 10 - round tube for drops; 11 - rotating disk; 12 - metal powder; 13 - collecting chamber; 14 - collecting chamber door; 15 - collecting plate; 16 - electric motor; 17 - induction heating coil; 18 - drop; 19 - body; 20 - washer; 21 - element for air inlet into the cavity; 22 - mechanical pump; 23 - diffusion pump; 24 - valve for releasing air from the cavity; 25 - crucible cavity; 26 - valve for venting air from the crucible; 27 - element for air inlet into the crucible; 28 - receiving part; 29 - supporting part; 30 - element for spraying with a flat surface; 31 - ventilation hole.
Конкретные варианты осуществленияSpecific Embodiments
Следует отметить, что при отсутствии противоречий варианты осуществления настоящего изобретения и признаки в вариантах осуществления можно объединять друг с другом. Ниже настоящее изобретение описано подробно с помощью вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы.It should be noted that the embodiments of the present invention and the features in the embodiments may be combined with each other unless there is conflict. Below, the present invention is described in detail using embodiments with reference to the accompanying drawings.
Чтобы цели, технические решения и преимущества в вариантах осуществления настоящего изобретения стали более понятными, ниже технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения понятно и основательно описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, рассматриваемые в совокупности с вариантами осуществления настоящего изобретения; разумеется, описанные варианты осуществления являются всего лишь некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, а не всеми вариантами осуществления. Описанное ниже в отношении по меньшей мере одного представленного в качестве примера варианта осуществления на самом деле предназначено всего лишь для объяснения и ни в коем случае не служит для ограничения настоящего изобретения и его применения или использования. Все другие варианты осуществления, основанные на вариантах осуществления настоящего изобретения и полученные специалистами в данной области техники без каких-либо творческих усилий, попадают в рамки объема защиты настоящего изобретения.In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention more clear, the following technical solutions of the embodiments of the present invention are clearly and thoroughly described with reference to the accompanying drawings taken in conjunction with the embodiments of the present invention; of course, the described embodiments are only some embodiments of the present invention, and not all embodiments. What is described below with respect to at least one exemplary embodiment is really only intended to explain and in no way serves to limit the present invention and its application or use. All other embodiments based on embodiments of the present invention and obtained by those skilled in the art without any creative effort fall within the protection scope of the present invention.
Следует обратить внимание на то, что термины, применяемые в этом документе, используются исключительно для описания конкретного способа осуществления и не предназначены для ограничения иллюстративных способов осуществления настоящего изобретения. Например, кроме случаев, когда из контекста также недвусмысленно понятно иное, предполагается, что используемая в этом документе форма единственного числа также включает форму множественного числа; кроме того, также следует понимать, что применение в этом описании слов «включать» и/или «содержать» указывает на наличие признаков, этапов, операций, деталей, составных частей и/или их комбинаций.It should be noted that the terms used in this document are used solely to describe a particular mode of implementation and are not intended to limit the exemplary modes of implementation of the present invention. For example, except where the context also makes it clear otherwise, it is intended that the singular as used herein also includes the plural; in addition, it should also be understood that the use of the words "include" and/or "comprise" in this description indicates the presence of features, steps, operations, parts, components and/or combinations thereof.
Если конкретно не указано иное, то относительное расположение, числовые выражения и числовые значения, относящиеся к элементам и этапам, указанным в этих вариантах осуществления, не ограничивают объем настоящего изобретения. В то же время следует понимать, что для удобства описания размеры каждого элемента, показанного в прилагаемых графических материалах, взяты не в реальных пропорциональных отношениях. Технологии, способы и устройства, известные специалистам в данной области техники, могут подробно не рассматриваться, но в соответствующих случаях указанные технологии, способы и устройства следует считать частью представленного описания. Во всех примерах, представленных и рассмотренных в этом документе, любые конкретные значения следует интерпретировать как представленные всего лишь в качестве примера и не предназначенные для ограничения. Следовательно, в других примерах в представленных в качестве примера вариантах осуществления могут содержаться другие значения. Следует отметить следующее: в прилагаемых графических материалах, на которые далее будут делаться ссылки, подобными номерами и литерами обозначены подобные объекты, поэтому если некоторый объект объясняется в отношении одной фигуры, то в отношении последующих фигур его дополнительно рассматривать не требуется.Unless specifically stated otherwise, the relative positions, numerical expressions, and numerical values relating to the elements and steps indicated in these embodiments do not limit the scope of the present invention. At the same time, it should be understood that for convenience of description, the dimensions of each element shown in the attached graphics are not taken in real proportional ratios. Technologies, methods and devices known to those skilled in the art may not be discussed in detail, but in appropriate cases, these technologies, methods and devices should be considered part of the present description. In all of the examples presented and discussed in this document, any specific values should be interpreted as being presented by way of example only and not intended to be limiting. Therefore, other values may be included in the exemplary embodiments in other examples. The following should be noted: in the attached graphic materials, which will be referred to below, similar numbers and letters indicate similar objects, therefore, if an object is explained in relation to one figure, then it is not required to consider it additionally in relation to subsequent figures.
Следует понимать, что в описании настоящего изобретения относительные положения или позиционные соотношения, указанные словами, связанными с направлением, такими как «передний», «задний», «верхний», «нижний», «левый», «правый», «поперечный», «вертикальный», «перпендикулярный», «горизонтальный», «верх», «низ» и т. п., обычно представляют собой относительные положения или позиционные соотношения, указанные на основании прилагаемых графических материалов, и используются для удобства описания настоящего изобретения, а также для упрощения описания; если не указано иное, эти указывающие относительное положение слова вовсе не указывают и не предполагают то, что соответствующие устройства или элементы должны иметь конкретное относительное положение или быть выполнены и использоваться в конкретном относительном положении, поэтому их нельзя рассматривать как ограничение объема защиты настоящего изобретения: указывающие относительное положение слова «внутри» и «снаружи» указывают на нахождение внутри и снаружи относительно контуров самих частей.It should be understood that in the description of the present invention, the relative positions or positional relationships indicated by the words associated with the direction, such as "front", "back", "top", "bottom", "left", "right", "transverse" , "vertical", "perpendicular", "horizontal", "top", "bottom", etc., usually represent relative positions or positional ratios indicated on the basis of the accompanying drawings, and are used for the convenience of describing the present invention, and also to simplify the description; unless otherwise indicated, these relative position-indicating words do not at all indicate or imply that the respective devices or elements must have a specific relative position or be made and used in a specific relative position, so they cannot be construed as limiting the protection scope of the present invention: indicating the relative position of the words "inside" and "outside" indicates being inside and outside relative to the contours of the parts themselves.
Для удобства описания в этом документе могут использоваться слова и словосочетания, выражающие пространственные отношения, например «над», «под», «на поверхности», «расположенный поверх» и т. п., которые предназначены для описания расположения в пространстве, например, одной детали или признака относительно другой детали или признака, показанных на фигурах. Следует понимать, что слова и словосочетания, выражающие пространственные отношения, кроме относительных положений, описанных в отношении расположения деталей на фигурах, также предназначены указывать и другие относительные положения в процессе применения или эксплуатации. Например, если детали, показанные в прилагаемых графических материалах, перевернуть, то после этого детали, описанные как расположенные «над другими деталями или элементами» или «выше других деталей или элементов», будут расположены как находящиеся «под другими деталями или элементами» или «ниже других деталей или элементов». Следовательно, представленное в качестве примера слово «над» может включать относительное положение «над» и «под». Детали также могут быть расположены по-другому (повернуты на 90 градусов или характеризоваться другим относительным положением), и описание относительного положения, используемое в этом документе, объясняется соответственно.For ease of description, this document may use words and phrases that express spatial relationships, such as "above", "under", "on the surface", "located on top", etc., which are intended to describe the location in space, for example, one detail or feature relative to another detail or feature shown in the figures. It should be understood that words and phrases expressing spatial relationships, in addition to the relative positions described in relation to the arrangement of parts in the figures, are also intended to indicate other relative positions during application or operation. For example, if parts shown in the accompanying graphics are reversed, then parts described as being "above other parts or features" or "above other parts or features" will then be positioned as being "below other details or features" or " below other details or elements. Therefore, the exemplary word "above" may include the relative position of "above" and "below". Parts may also be positioned differently (rotated 90 degrees or have a different relative position), and the description of the relative position used in this document is explained accordingly.
Кроме того, следует отметить, что использование слов «первый», «второй» и т. п. для определения компонентов предназначено только для обеспечения удобства разграничения соответствующих компонентов, и если не указано иное, то вышеуказанные слова не имеют особого значения, поэтому их нельзя понимать как ограничивающие объем защиты настоящего изобретения.In addition, it should be noted that the use of the words "first", "second", etc. to define components is only intended to provide convenience in distinguishing between the respective components, and unless otherwise indicated, the above words have no special meaning, so they cannot be be understood as limiting the scope of protection of the present invention.
Как показано на фиг. 1, согласно настоящему изобретению предложено устройство для получения сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати, содержащее: корпус 19, тигель 5, установленный в указанном корпусе 19, и собирающую камеру 13, при этом указанный тигель 5 расположен в верхней части указанного корпуса 19, а указанная собирающая камера 13 расположена в нижней части указанного тигля 5.As shown in FIG. 1, according to the present invention, a device for obtaining a spherical metal powder used in 3D printing is proposed, comprising: a
Внутри указанного тигля 5 расположен передаточный стержень 3, соединенный с пьезоэлектрической керамикой 1, расположенной снаружи указанного корпуса 19, при этом место, в котором указанный передаточный стержень 3 связан с верхней частью указанного тигля 5, уплотнено посредством динамического уплотнения 2; указанный передаточный стержень 3 нижним концом расположен напротив центрального отверстия в нижней части указанного тигля 5; под указанным центральным отверстием закреплена шайба 20 с небольшим отверстием; указанная шайба 20 с небольшим отверстием может представлять собой шайбу с отверстиями под болты или другую шайбу с отверстиями, выполненную из жаропрочного коррозиестойкого материала, при этом шайба 20 с небольшим отверстием закреплена в нижней части указанного тигля 5 посредством болтов 7; указанный тигель 5 внутри снабжен термопарой; указанный тигель 5 снаружи снабжен резистивным нагревателем 6.Inside said
Диаметр центрального отверстия в указанном тигле 5 больше, чем диаметр небольшого отверстия шайбы 20 с небольшим отверстием; диаметр небольшого отверстия указанной шайбы 20 с небольшим отверстием находится в диапазоне от 0,02 мм до 2,0 мм. Между материалом указанной шайбы 20 с небольшим отверстием и расплавом 4, расположенным в указанном тигле 5, угол смачивания составляет больше чем 90°.The diameter of the central hole in the specified
Указанный корпус 19 в верхней части снабжен элементом 27 для впуска воздуха в тигель, проходящим в указанный тигель 5, и клапаном 26 для выпуска воздуха из тигля; указанный корпус 19 на боковой стенке дополнительно снабжен диффузионным насосом 23 и механическим насосом 22; указанный корпус 19 дополнительно снабжен элементом 21 для впуска воздуха в полость и клапаном 24 для выпуска воздуха из полости; указанный корпус 19 на одной стороне снабжен топочной дверцей 8.
Указанная собирающая камера 13 прикреплена к указанному корпусу 19 посредством опоры 9; между указанным корпусом 19 и указанной собирающей камерой 13 расположена проходящая в них круглая трубка 10 для капель, которая предназначена для капель, выбрасываемых в нее сквозь небольшое отверстие указанной шайбы 20 с небольшим отверстием; внутри полости указанной собирающей камеры 13, напротив нижнего конца указанной круглой трубки 10 для капель установлен вращающийся диск 11; указанный вращающийся диск 11 связан с электродвигателем 16; указанная собирающая камера 13 в нижней части снабжена собирательными пластинами 15; указанная собирающая камера 13 на одной стороне снабжена дверцей 14 собирающей камеры.Said collecting
Как показано на фиг. 2, указанный вращающийся диск 11 содержит основную часть, элемент 30 для распыления с плоской поверхностью и вентиляционное отверстие 31;As shown in FIG. 2, said
указанная основная часть представляет собой основной элемент T-образного продольного сечения, состоящий из принимающей части 28 в верхней части и опорной части 29 в нижней части; указанная принимающая часть 28 на верхней поверхности снабжена круглой выемкой определенного радиуса, соосной с ней в отношении центров окружности; при этом указанная основная часть изготовлена из материала, теплопроводность которого меньше чем 20 Вт/(м∙К);said main body is a T-shaped longitudinal main body, consisting of a receiving
указанный элемент 30 для распыления с плоской поверхностью представляет собой элемент в виде круглого диска; указанный элемент в виде круглого диска соответствует указанной круглой выемке и расположен в указанной круглой выемке посадкой с натягом; указанный элемент 30 для распыления с плоской поверхностью выполнен из материала, обеспечивающего угол смачивания с распыляемыми каплями 18 менее 90°;said flat
указанное вентиляционное отверстие 31 выполнено проходящим сквозь указанную принимающую часть 28 и указанную опорную часть 29; указанное вентиляционное отверстие 31 верхней стороной находится в контакте с нижней торцевой поверхностью указанного элемента 30 для распыления с плоской поверхностью; указанное вентиляционное отверстие 31 нижней стороной выполнено в сообщении с внешней средой.the specified
Вокруг указанного вращающегося диска 11 дополнительно предусмотрена катушка 17 индукционного нагрева. Скорость вращения указанного вращающегося диска 11 составляет от 10000 об/мин до 40000 об/мин. У указанной катушки 17 индукционного нагрева толщина нагревания находится в диапазоне 5–20 мм; она связана с частотным преобразователем и источником электропитания со стабилизацией напряжения, расположенными снаружи указанного корпуса 19, при этом у указанного источника электропитания со стабилизацией напряжения диапазон регулирования напряжения составляет 0–50 В.Around said
В указанном устройстве в направлении сверху вниз указанная пьезоэлектрическая керамика 1, указанный передаточный стержень 3, указанный тигель 5, указанный резистивный нагреватель 6, указанная шайба 20, указанная круглая трубка 10 для капель, указанный вращающийся диск 11 и указанная катушка 17 индукционного нагрева расположены на одной оси. Цель заключается в том, чтобы капли могли равномерно капать в центр вращающегося диска, что способствует их растеканию.In said device, from top to bottom, said
Согласно настоящему изобретению также предложен способ получения сферического металлического порошка, применяемого в 3D-печати, с применением вышеуказанного устройства, включающий следующие этапы:The present invention also provides a method for producing a spherical metal powder used in 3D printing using the above apparatus, including the following steps:
загрузку сырья: сырье после измельчения до предварительно установленного среднего диаметра частиц загружают в тигель 5 и герметично закрывают; при этом указанное сырье загружают в указанный тигель 5 через топочную дверцу 8, а загружаемое количество сырья составляет 1/4–3/4 объема указанного тигля 5;loading of raw materials: raw materials after grinding to a predetermined average particle diameter are loaded into the
создание вакуума и нагревание: посредством механического насоса 22 и диффузионного насоса 23 в указанном тигле 5 и указанном корпусе 19 создают вакуум и заполняют их инертным газом высокой чистоты; на основании температуры плавления подлежащего нагреванию сырья устанавливают нагревательную мощность резистивного нагревателя 6, после достижения требуемой температурой нагрева температуры плавления обеспечивают полное расплавление сырья с получением расплава 4; вручную регулируют положение передаточного стержня 3 с обеспечением предварительно определенного расстояния между передаточным стержнем 3 и шайбой 20 с небольшим отверстием;creating a vacuum and heating: by means of a
индукционный нагрев: посредством электродвигателя 16 обеспечивают скоростное вращение указанного вращающегося диска 11 с предварительно установленной скоростью вращения; затем посредством катушки 17 индукционного нагрева верхнюю поверхность вращающегося с высокой скоростью диска 11 нагревают до температуры плавления металлического материала или выше; диапазон напряжения для индукционного нагрева посредством указанной катушки 17 индукционного нагрева составляет 0–50 В, а время индукционного нагрева составляет 5–15 мин;induction heating: by means of the
получение порошка: вручную регулируют положение передаточного стержня 3 с обеспечением предварительно определенного расстояния между передаточным стержнем 3 и шайбой 20 с небольшим отверстием; затем посредством элемента 27 для впуска воздуха в тигель, расположенного на указанном корпусе 19 и проходящего в указанный тигель 5, впускают инертный защитный газ высокой чистоты с созданием внутри и снаружи указанного тигля 5 положительного перепада давления, способствующего заполнению расплавом 4 центрального отверстия в нижней части указанного тигля 5; при этом между полостью указанного тигля 5 и полостью указанного корпуса 19 обеспечивают перепад давления, составляющий 0–200 кПа.obtaining powder: manually adjusting the position of the
Наконец, на пьезоэлектрическую керамику 1 подают импульсный сигнал определенной формы волны, при этом указанная пьезоэлектрическая керамика 1 обеспечивает смещение в направлении вниз; посредством передаточного стержня 3, соединенного с указанной пьезоэлектрической керамикой 1, перемещают расплавленный металл, находящийся в области около центрального отверстия, с выбрасыванием расплавленного металла через шайбу с небольшим отверстием под центральным отверстием и образованием одинаковых капель 18;Finally, the
образование порошка: одинаковые капли 18 через круглую трубку 10 для капель свободно падают на вращающийся с высокой скоростью диск 11, при этом одинаковые капли 18 расплава сначала попадают в центр вращающегося диска 11; поскольку в этот момент центробежная сила относительно небольшая, капли не будут сразу рассеиваться наружу, а растекаются по вращающемуся диску 11 по окружности; когда они растекаются до определенного предела, где центробежная сила достаточно большая, растекшийся металл под действием центробежной силы на вращающемся диске 11 двигается в виде струек к краю вращающегося диска 11, а затем разделяется на мелкие капли и слетает; маленькие капли в процессе падения, оказываясь вне емкости, затвердевают и образуют металлический порошок, который падает на собирательную пластину 15;powder formation:
сбор порошка: после получения прекращают нагревание резистивного нагревателя 6, нагревание катушки 17 индукционного нагрева и вращение вращающегося диска 11; выключают механический насос 22, диффузионный насос 23 и закрывают элемент 21 для впуска воздуха в полость, клапан 24 для выпуска воздуха из полости, элемент 27 для впуска воздуха в тигель и клапан 26 для выпуска воздуха из тигля; открывают дверцу 14 собирающей камеры и извлекают металлический порошок 12 на собирательных пластинах 15.collecting the powder: after receiving, stop heating the
Вариант осуществления 1
С помощью рассмотренных выше устройства и способа получают медный металлический порошок, применяемый в 3D-печати, при этом конкретный способ осуществления следующий:With the apparatus and method discussed above, a copper metal powder used in 3D printing is obtained, and the specific implementation method is as follows:
сначала медную заготовку разбивают до получения кусочков размером 2 см, которые помещают в тигель 5, нижняя часть которого снабжена центральным отверстием, при этом количество помещаемых медных кусочков достигает 1/2 объема указанного тигля 5; затем снабженный небольшим отверстием болт, материалом которого является графит (то есть шайбу 20 с небольшим отверстием), посредством равномерно расположенных четырех болтов 7 устанавливают в нижней части тигля 5; закрывают топочную дверцу 8; посредством механического насоса 22 в полости 25 тигля, корпусе 19 и собирающей камере 13 создают низкий вакуум, величиной от 1 Па до 5 Па; затем посредством диффузионного насоса 23 создают высокий вакуум, величиной 10-3 Па, и заполняют инертным газом аргоном высокой чистоты до атмосферного давления; устанавливают мощность для подачи питания на резистивный нагреватель 6; после доведения температуры до температуры плавления меди температуру продолжают повышать до перегревания на 10℃; поддерживают температуру 30 мин, чтобы кусочки меди в тигле 5 полностью превратились в расплав 4; посредством электродвигателя 16 обеспечивают скоростное вращение указанного вращающегося диска 11 с предварительно установленной скоростью вращения; затем посредством катушки 17 индукционного нагрева верхнюю поверхность вращающегося с высокой скоростью диска 11 нагревают до температуры плавления металлического материала или выше; вручную регулируют положение передаточного стержня 3, чтобы передаточный стержень 3 и шайба 20 с небольшим отверстием находились друг от друга на расстоянии 2–5 см; открывают элемент 27 для впуска воздуха в тигель и клапан 26 для выпуска воздуха из тигля и заполняют полость 25 тигля сверхчистым инертным газом аргоном с обеспечением перепада давления между полостью 25 тигля и корпусом 19, достигающим 50 кПа;first, the copper billet is broken to obtain pieces of 2 cm in size, which are placed in crucible 5, the lower part of which is equipped with a central hole, while the number of placed copper pieces reaches 1/2 of the volume of the specified crucible 5; then, provided with a small hole, a bolt whose material is graphite (i.e., a washer 20 with a small hole) is installed at the bottom of the crucible 5 by evenly spaced four bolts 7; close the furnace door 8; by means of a mechanical pump 22 in the cavity 25 of the crucible, the housing 19 and the collecting chamber 13 create a low vacuum, ranging from 1 Pa to 5 Pa; then, by means of a diffusion pump 23, a high vacuum of 10-3 Pa is created, and filled with an inert gas of high purity argon to atmospheric pressure; setting the power to supply power to the resistance heater 6; after bringing the temperature to the melting point of copper, the temperature is continued to be raised until it is overheated by 10℃; the temperature is maintained for 30 minutes so that the pieces of copper in the crucible 5 are completely transformed into melt 4; by means of the electric motor 16 provide high-speed rotation of the specified rotating disk 11 with a predetermined speed of rotation; then, by means of the induction heating coil 17, the upper surface of the high-speed rotating disk 11 is heated to a melting point of the metal material or higher; manually adjust the position of the transfer rod 3 so that the transfer rod 3 and the washer 20 with a small hole are at a distance of 2–5 cm from each other; opening element 27 for air inlet into the crucible and valve 26 for venting air from the crucible and fill the cavity 25 of the crucible with ultrapure inert gas argon to ensure a pressure difference between the cavity 25 of the crucible and the body 19, reaching 50 kPa;
затем на пьезоэлектрическую керамику 1 подают импульсный сигнал квадратной формы волны; пьезоэлектрическая керамика 1 приводит в движение в направлении вниз передаточный стержень 3, который давит на расплав 4, при этом расплав 4 выбрасывается сквозь небольшое отверстие шайбы 20 с небольшим отверстием, материалом которой является графит, с образованием капель 18; капли 18 свободно падают, проходя круглую трубку 10 для капель, на вращающийся с высокой скоростью диск 11; под действием центробежной силы капли 18 разделяются на маленькие капли меньшего размера; маленькие капли в процессе падения, оказываясь вне емкости, затвердевают и образуют металлический порошок 12, который падает на собирательные пластины 15 (собирательные пластины могут представлять собой круговые пластины или круглые пластины);then, a square waveform pulse signal is applied to the
наконец, после получения прекращают нагревание резистивного нагревателя 6, нагревание катушки 17 индукционного нагрева и вращение вращающегося диска 11; выключают механический насос 22, диффузионный насос 23 и закрывают элемент 21 для впуска воздуха в полость, клапан 24 для выпуска воздуха из полости, элемент 27 для впуска воздуха в тигель и клапан 26 для выпуска воздуха из тигля; открывают дверцу 14 собирающей камеры и извлекают металлический порошок 12 на собирательных пластинах 15.finally, upon receipt, heating of the
Со ссылкой на фиг. 3; на изображении (b) показан диск для распыления после осуществления распыления согласно технологии, известной из уровня техники; поскольку смачиваемость материала диска для распыления и материала полученного металлического порошка очень низкая и температура вращающегося диска в процессе распыления очень низкая, то происходит разделение жидкости, подобно пленке, и на поверхности для распыления будет появляться сравнительно толстая твердеющая пленка жидкости, при этом поверхность этой пленки жидкости очень грубая, что затем не способствует последующему распылению капель металла и будет серьезно влиять на результат распыления и эффективность распыления. На изображении (a) показана поверхность для распыления в результате применения способа согласно настоящему изобретению; можно заметить, что форма после распыления стала формой с заметным разделением на струйки, при этом форма с разделением на струйки значительно улучшает уменьшение размеров и эффективность производства металлического порошка.With reference to FIG. 3; the image (b) shows the disk for spraying after spraying according to the technology known from the prior art; Since the wettability of the material of the sputtering disc and the material of the obtained metal powder is very low and the temperature of the rotating disc during the sputtering process is very low, the liquid will separate like a film, and a relatively thick hardening liquid film will appear on the sputtering surface, and the surface of this liquid film very coarse, which then does not contribute to the subsequent spraying of metal droplets and will seriously affect the spraying result and spraying efficiency. The image (a) shows the surface to be sprayed as a result of applying the method according to the present invention; it can be seen that the shape after spraying has become a shape with a noticeable streak, and the streak shape greatly improves the reduction in size and production efficiency of the metal powder.
Наконец, следует отметить следующее: все представленные выше варианты осуществления предназначены исключительно для объяснения технических решений согласно настоящему изобретению, а не для его ограничения; хотя настоящее изобретение было подробно описано посредством рассмотренных выше вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в технические решения, представленные с помощью рассмотренных выше вариантов осуществления, они все же могут вносить изменения или же выполнять эквивалентные замены в отношении части или всех технических признаков, представленных в них; однако эти изменения или замены вовсе не означают, что суть соответствующих технических решений выходит за пределы объема технических решений во всех вариантах осуществления настоящего изобретения.Finally, the following should be noted: all the above embodiments are intended solely to explain the technical solutions according to the present invention, and not to limit it; although the present invention has been described in detail by means of the embodiments discussed above, it should be understood by those skilled in the art that the technical solutions presented by means of the embodiments discussed above, they can still make changes or make equivalent substitutions with respect to part or all technical features presented in them; however, these changes or replacements do not mean that the essence of the respective technical solutions is outside the scope of the technical solutions in all embodiments of the present invention.
Claims (26)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811116477.0 | 2018-09-25 | ||
| CN201811116477.0A CN109014226A (en) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | A kind of device and method preparing 3D printing globular metallic powder |
| PCT/CN2019/107700 WO2020063622A1 (en) | 2018-09-25 | 2019-09-25 | Device and method for preparing spherical metal powder for 3d printing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2770923C1 true RU2770923C1 (en) | 2022-04-25 |
Family
ID=64617888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021106979A RU2770923C1 (en) | 2018-09-25 | 2019-09-25 | Apparatus and method for producing a spherical metal powder used in 3d printing |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109014226A (en) |
| RU (1) | RU2770923C1 (en) |
| WO (1) | WO2020063622A1 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109175392A (en) * | 2018-09-25 | 2019-01-11 | 大连理工大学 | One kind is by drop centrifugal atomization Special turntable structure |
| CN109014226A (en) * | 2018-09-25 | 2018-12-18 | 大连理工大学 | A kind of device and method preparing 3D printing globular metallic powder |
| CN110286064B (en) * | 2019-08-05 | 2021-07-27 | 贵州大学 | Mineral particle wettability measuring device and measuring method thereof |
| CN110605402B (en) * | 2019-09-18 | 2021-04-30 | 河南科技大学 | 3D printing device and method based on centrifugal atomization |
| CN113059171B (en) * | 2021-03-18 | 2022-05-17 | 中国科学院力学研究所 | Design method of cooling rotary disc for high-temperature metal centrifugal atomization powder making |
| CN113621911B (en) * | 2021-08-13 | 2023-01-31 | 西安交通大学 | Molten metal and alloy modification device thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2171160C1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-27 | Полетаев Александр Валерьянович | Method for centrifugal spraying of metal and apparatus for performing the same |
| JP2009062573A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | National Institute For Materials Science | Rotary disk used for centrifugal atomization method, and centrifugal atomization method using the same |
| RU2467835C1 (en) * | 2011-10-21 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Device for making powder and axial-flow spraying |
| CN104550990A (en) * | 2015-01-28 | 2015-04-29 | 大连理工大学 | Method and device for preparing superfine spherical high-melt-point metal powder for 3D printing |
| CN107350477A (en) * | 2017-08-30 | 2017-11-17 | 湖南顶立科技有限公司 | A kind of powder preparing unit |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5940054B2 (en) * | 1978-08-29 | 1984-09-27 | 株式会社佐藤技術研究所 | Method for producing spherical particles of a specific size from a melt |
| KR100370863B1 (en) * | 2000-07-26 | 2003-02-05 | 에드호텍(주) | method and apparatus for producing fine powder from molten liquid by high-pressure spray |
| CN109014226A (en) * | 2018-09-25 | 2018-12-18 | 大连理工大学 | A kind of device and method preparing 3D printing globular metallic powder |
| CN109093127B (en) * | 2018-09-25 | 2020-11-24 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Device and method for preparing spherical metal powder based on uniform droplet one-by-one atomization method |
-
2018
- 2018-09-25 CN CN201811116477.0A patent/CN109014226A/en active Pending
-
2019
- 2019-09-25 WO PCT/CN2019/107700 patent/WO2020063622A1/en active Application Filing
- 2019-09-25 RU RU2021106979A patent/RU2770923C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2171160C1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-27 | Полетаев Александр Валерьянович | Method for centrifugal spraying of metal and apparatus for performing the same |
| JP2009062573A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | National Institute For Materials Science | Rotary disk used for centrifugal atomization method, and centrifugal atomization method using the same |
| RU2467835C1 (en) * | 2011-10-21 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Device for making powder and axial-flow spraying |
| CN104550990A (en) * | 2015-01-28 | 2015-04-29 | 大连理工大学 | Method and device for preparing superfine spherical high-melt-point metal powder for 3D printing |
| CN107350477A (en) * | 2017-08-30 | 2017-11-17 | 湖南顶立科技有限公司 | A kind of powder preparing unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109014226A (en) | 2018-12-18 |
| WO2020063622A1 (en) | 2020-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2770923C1 (en) | Apparatus and method for producing a spherical metal powder used in 3d printing | |
| US11344950B2 (en) | Apparatus and method for preparing spherical metal powder based on one-by-one atomization method for uniform droplets | |
| CN109128206B (en) | Device and method for efficiently preparing superfine spherical metal powder by droplet-by-droplet centrifugal atomization method | |
| RU2765190C1 (en) | Device and method for producing superfine low-melting spherical metal powder using drop spraying | |
| CN104550990A (en) | Method and device for preparing superfine spherical high-melt-point metal powder for 3D printing | |
| CN104588673B (en) | A kind of device and method for efficiently preparing metal ball shaped superfine powder | |
| AU2019351409A1 (en) | Droplet-by-droplet centrifugal atomization manner-based device and method for efficiently preparing low-melting-point spherical metal powders | |
| WO2020063625A1 (en) | Device and method for preparing ultrafine spherical metal powder using drop-by-drop centrifugal atomization method | |
| CN104588674B (en) | High efficiency superfine spherical metal powder preparation method and device | |
| CN107824793B (en) | Device and method for preparing superfine monodisperse metal microspheres | |
| US11420257B2 (en) | Device and method for high-efficiency preparation of spherical metal powder for 3D printing employing separation into fibers | |
| CN101637823A (en) | Method and device for preparing metal powder | |
| CN104525961A (en) | Method and device for efficiently preparing superfine spherical metal powder with high melting point | |
| CN106001589B (en) | A kind of method that brittle metal microballoon is prepared based on metallic microspheres shaped device | |
| CN106964782A (en) | A kind of method for preparing spherical niobium alloy powder | |
| CN106925786B (en) | More uniform particle sizes' spherical powder batch preparation facilities and method based on the injection of homogeneous metal drop | |
| JP2007332406A (en) | Method for forming fine powder by using rotary crucible, and apparatus therefor | |
| CN106112000A (en) | A kind of 3D prints the preparation method of metal dust | |
| CN104878342A (en) | Method and device for preparing tungsten powder reinforced aluminum matrix composite | |
| CN103769596A (en) | Method for preparing high-stacking-density oblate powder material | |
| CN102009180B (en) | Method and device for ejecting and preparing homogeneous particles by pulsing lateral parts of holes | |
| CN112570721A (en) | Device and method for preparing superfine nearly spherical metal powder | |
| CN113263181A (en) | Method for efficiently preparing spherical metal microparticles with uniform and controllable particle size and preparation device thereof | |
| JPH01142005A (en) | Manufacture of rapidly cooled high purity metal atomized powder | |
| JPS6388032A (en) | Method and apparatus for preparing rapidly solidified powder of high melting point ceramics |