CN107199344A - 一种自动金属制粉装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动金属制粉装置，包括用于熔炼金属的熔炼室，以及设置在所述熔炼室下部的雾化室，所述雾化室底部设置有粗粉收集罐，与所述雾化室连通设置有旋风分离器，所述旋风分离器底部设置有细粉收集罐；还包括通过线路总成对所述自动金属制粉装置进行控制的控制系统。提高了生产效率。

Description

一种自动金属制粉装置及方法

技术领域

本发明属于3D打印增材制造领域以及粉末冶金领域，具体涉及一种自动金属制粉装置及方法。

背景技术

金属粉末是材料产业的重要分支，因粉末具有大的比表面积和特殊的表面性能，其理化性质与普通材料有很大差异，利用金属粉末，可以制备出性能优异的工件。因此，金属粉末在冶金、能源、电子、医疗、航空航天等领域的应用日益扩大。3D打印技术的革新，使得制造领域对金属粉末的需求更为迫切，金属粉末已成为一类重要的工业原料。与此同时，对粉末的性能要求也不断提高，高性能的金属粉末应用而生。高性能的金属粉末具有质量好、成本低等特点。目前，金属粉末质量评价指标主要有球形度、粒度、纯度、流动性。球形度佳、粒度范围窄可以保证在3D打印过程中，熔融的金属颗粒保持基本相同的状态，否则，太大的颗粒在打印时仍处于固态，太小的颗粒则早已蒸发；纯度高的粉末不仅可以保证金属成形部件的质量，还有助于保证成形过程的可靠性和稳定性；流动性好的粉末更有利于在3D打印过程中粉末的均匀铺设。然而，质量好的金属粉末需要采用先进的制备技术才能获得，国内目前的雾化制粉技术水平与国外差距较大，加之实际生产过程中，操作人员的技能水平差异，导致生产的粉末质量参差不齐，同一生产商生产不同批次粉末质量的稳定性难以保证，不同生产商生产的粉末质量更是千差万别。致使大量高性能金属粉末依赖进口，成本居高不下，严重制约国内金属3D打印增材制造行业的发展。

降低金属粉末的生产成本、提高粉末质量的稳定性，将利于3D打印向应用领域的拓展，推动工业领域的规模化生产。为助力3D打印增材制造产业的发展，提高金属粉末的制备水平及工艺、降低粉末的生产成本具有重要的现实意义。本发明提供一种自动金属制粉装置及方法，实现了制粉工序的自动化，避免了人工操作造成的粉末品质不稳定，提高了粉末质量的稳定性，同时减少了实际生产过程人员的投入、缩短了各工序的操作时间，从而提高了生产效率。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种自动金属制粉装置及方法，解决了现有技术存在生产效率低下的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种自动金属制粉装置，包括用于熔炼金属的熔炼室，以及设置在所述熔炼室下部的雾化室，所述雾化室底部设置有粗粉收集罐，与所述雾化室连通设置有旋风分离器，所述旋风分离器底部设置有细粉收集罐；还包括通过线路总成对所述自动金属制粉装置进行控制的控制系统。

优选地，还包括依次串联的机械泵、罗茨泵与扩散泵，以及管路总成，所述管路总成包括：

连接所述机械泵与所述罗茨泵的第一管路；

连接所述罗茨泵与所述扩散泵的第二管路；

连通所述扩散泵与所述熔炼室的第三管路；

连通所述扩散泵与所述第二管路的第四管路；

连接所述雾化室与所述第二管路的第五管路。

优选地，所述控制系统包括：

用于启动所述自动金属制粉装置的按钮总成；

还包括对所属机械泵进行控制的机械泵控制模块、对所述扩散泵进行控制的进行控制的扩散泵控制模块以及对所述罗茨泵进行进行控制的罗茨泵控制模块。

优选地，所述第五管路上设置有第三真空阀；所述第二管路连接所述扩散泵的一端至所述第四管路连接所述第二管路的一端之间设置有第二真空阀；所述第四管路上设置有第四真空阀；所述扩散泵上设置有第一真空阀。

优选地，还包括与所述熔炼室联通设置的充气检测阀，以及用于控制所述熔炼室启停的熔炼控制模块。

优选地，所述旋风分离器上设置有排气检测阀。

优选地，还包括用于对放置在熔炼室中的金属液滴旋转的旋转机构总成。

本发明还提供了一种自动金属制粉方法，包括：

S10装料完成后，通过控制系统的按钮总成启动设备；

S21控制系统向机械泵控制模块、扩散泵控制模块发出启动信号，机械泵启动，扩散泵预热。延时第一时间后，机械泵控制模块向控制系统反馈信号；

S22控制系统接收机械泵控制模块的延时反馈型号，向第一真空检测-阀控制总成、第一真空阀控制总成发出启动信号，第二真空阀、第三真空阀开启，机械泵开始对设备抽真空。真空抽至500Pa，第一真空检测-阀控制总成向控制系统反馈信号；

S23控制系统接收第一真空检测-阀控制总成的真空度反馈型号，向第二真空阀控制总成、罗茨泵控制模块发出启动信号，第四真空阀开启，罗茨泵开始对设备抽真空；真空抽至5Pa以下，第一真空检测-阀控制总成向控制系统反馈信号。

S24控制系统接收第一真空检测-阀控制总成的真空度反馈型号，向第二真空检测-阀控制总成、扩散泵发出启动信号，第一真空阀开启，扩散泵9开始对设备抽真空。真空抽至6.63×10^-3Pa以下，第二真空检测-阀控制总成向控制系统10反馈信号。

优选地，还包括：

S30控制系统接收第二真空检测阀控制总成的真空度反馈型号，向充气检测阀控制总成发出启动信号，充气检测阀控制总成开启充气检测阀，向设备内充入惰性气体。气体充入量达0.06MPa，充气检测阀控制总成向控制系统反馈信号。

S40控制系统接收充气检测阀控制总成的压强反馈型号，向熔炼控制模块发出启动信号，熔炼室内加热装置启动，开始熔炼金属棒料；同时，熔炼控制模块对金属的熔炼温度进行监测，经过系统预设的熔炼时间后，熔炼控制模块向控制系统反馈信号。

优选地，还包括：

S51控制系统接收熔炼控制模块的温度、时间反馈信号，向充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成发出启动信号。充气检测阀控制总成开启雾化气管路，高压气路通过雾化器向设备内充入出口压强在1～5MPa的惰性气体，排气检测阀控制总成开启引风，将雾化工作气体排出；

S52充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成向控制系统反馈信号，同时监测雾化器出口气体压强和/或流量和/或时间；

S53控制系统接收到充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成的反馈信号，向旋转机构总成发出信号；

S60熔炼控制模块向控制系统反馈装料重量的监测信号，金属液流至装料重量的3％，控制系统依次向各功能模块发出以上步骤的反向指令，设备停机。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

本发明提供的金属制粉装置，通过控制系统对人工操作进行自动控制，提高了金属制粉的生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所提供的自动金属制粉装置的示意图；

图2为本发明实施例所提供的装置控制系统分布的示意图；

图3为本发明实施例所提供的自动金属制粉装置控制方法的控制框图。

附图标记：熔炼室1；雾化室2；旋风分离器3；细粉收集罐4；粗粉收集罐5；机械泵6；罗茨泵7；管路总成8；第一管路8-1；第二管路8-2；第三管路8-3；第四管路8-4；第五管路8-5；扩散泵9；控制系统10；机械泵控制模块10-1；罗茨泵控制模块10-2；扩散泵控制模块10-3；熔炼控制模块10-4；充气检测阀控制总成10-5；按钮总成10-6；第一真空检测-阀控制总成10-7；第一真空阀控制总成10-8；第二真空检测-阀控制总成10-9；第二真空阀控制总成10-10；排气检测阀控制总成10-11；线路总成11；旋转机构总成12；第一真空阀13；第二真空阀14；第三真空阀15；第四真空阀16。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图3以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种自动金属制粉装置及方法。

下面结合图1～图3对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图2所示，本发明实施例所提供的一种自动金属制粉装置，包括用于熔炼金属的熔炼室1，以及设置在熔炼室1下部的雾化室2，雾化室2底部设置有粗粉收集罐5，与雾化室2连通设置有旋风分离器3，旋风分离器3底部设置有细粉收集罐4；还包括通过线路总成11对自动金属制粉装置进行控制的控制系统10。本发明提供的金属制粉装置，避免了人工操作造成的粉末品质不稳定，提高了粉末质量的稳定性。还包括依次串联的机械泵6、罗茨泵7与扩散泵9，以及管路总成8，管路总成8包括：连接机械泵6与罗茨泵7的第一管路8-1；连接罗茨泵7与扩散泵9的第二管路8-2；连通扩散泵9与熔炼室1的第三管路8-3；连通扩散泵9与第二管路8-2的第四管路8-4；连接雾化室2与第二管路8-2的第五管路8-5。其中，控制系统10包括：用于启动自动金属制粉装置的按钮总成；还包括对所属机械泵6进行控制的机械泵控制模块10-1、对扩散泵9进行控制的进行控制的扩散泵控制模块10-3以及对罗茨泵7进行进行控制的罗茨泵控制模块10-2。

第五管路8-5上设置有第三真空阀15；第二管路8-2连接扩散泵9的一端至第四管路8-4连接第二管路8-2的一端之间设置有第二真空阀14；第四管路8-4上设置有第四真空阀16；扩散泵9上设置有第一真空阀13。还包括与熔炼室1联通设置的充气检测阀，以及用于控制熔炼室1启停的熔炼控制模块。

自动金属制粉装置的工作过程是，S10装料完成后，通过控制系统10的按钮总成10-6启动设备；

S21控制系统10向机械泵控制模块10-1、扩散泵控制模块10-3发出启动信号，机械泵6启动，扩散泵9预热。延时第一时间后，机械泵控制模块10-1向控制系统10反馈信号；第一时间可以设置为10-15s；

S22控制系统10接收机械泵控制模块10-1的延时反馈型号，向第一真空检测-阀控制总成10-7、第一真空阀控制总成10-8发出启动信号，第二真空阀14、第三真空阀15开启，机械泵6开始对设备抽真空。真空抽至500Pa，第一真空检测-阀控制总成10-7向控制系统10反馈信号；

S23控制系统10接收第一真空检测-阀控制总成10-7的真空度反馈型号，向第二真空阀控制总成10-10、罗茨泵控制模块10-2发出启动信号，第四真空阀16开启，罗茨泵7开始对设备抽真空。真空抽至5Pa以下，第一真空检测-阀控制总成10-7向控制系统10反馈信号。

S24控制系统10接收第一真空检测-阀控制总成10-7的真空度反馈型号，向第二真空检测-阀控制总成10-9、扩散泵9发出启动信号，第一真空阀13开启，扩散泵9开始对设备抽真空。真空抽至6.63×10^-3Pa以下，第二真空检测-阀控制总成10-9向控制系统10反馈信号。

这样就可以通过设备自动完成抽真空的流程。进一步地，在旋风分离器3上设置有排气检测阀。还包括用于对放置在熔炼室1中的金属液滴旋转的旋转机构总成12。

为了进一步完成自动反充保护气体的步骤，还包括以下步骤，S30控制系统10接收第二真空检测-阀控制总成10-9的真空度反馈型号，向充气检测阀控制总成10-5发出启动信号，充气检测阀控制总成10-5开启充气检测阀，向设备内充入惰性气体。气体充入量达0.06MPa，充气检测阀控制总成10-5向控制系统10反馈信号。

为了进一步完成熔炼的步骤，还包括以下步骤，S40控制系统10接收充气检测阀控制总成10-5的压强反馈型号，向熔炼控制模块10-4发出启动信号，熔炼室1内加热装置启动，开始熔炼金属棒料；同时，熔炼控制模块10-4对金属的熔炼温度进行监测，经过系统预设的熔炼时间后，熔炼控制模块10-4向控制系统10反馈信号。

为了进一步完成雾化制粉的步骤，还包括以下步骤，S51控制系统10接收熔炼控制模块10-4的温度、时间反馈信号，向充气检测阀控制总成10-5、排气检测阀控制总成10-11发出启动信号。充气检测阀控制总成10-5开启雾化气管路，雾化气管路设置在充气检测阀控制总成中10-5连接到熔炼室1的管路，雾化气管路具有高、低压充气功能，高压实现雾化，出口压强在1～5MPa的惰性气体，低压充入保护气体，气体充入量达0.06MPa。高压气路通过雾化器向设备内充入出口压强在1～5MPa的惰性气体，排气检测阀控制总成10-5开启引风，将雾化工作气体排出；

S52充气检测阀控制总成10-4、排气检测阀控制总成10-5向控制系统10反馈信号，同时监测雾化器出口气体压强和/或流量和/或时间；

S53控制系统10接收到充气检测阀控制总成10-4、排气检测阀控制总成10-5的反馈信号，向旋转机构总成12发出信号；

此外，还设置了设备自动停机的步骤，S60熔炼控制模块10-4向控制系统10反馈装料重量的监测信号，金属液流至装料重量的3％，控制系统10依次向各功能模块发出以上步骤的反向指令，设备停机。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种自动金属制粉装置，包括用于熔炼金属的熔炼室，以及设置在所述熔炼室下部的雾化室，所述雾化室底部设置有粗粉收集罐，与所述雾化室连通设置有旋风分离器，所述旋风分离器底部设置有细粉收集罐；其特征在于，还包括通过线路总成对所述自动金属制粉装置进行控制的控制系统。

2.根据权利要求1所述的自动金属制粉装置，其特征在于，还包括依次串联的机械泵、罗茨泵与扩散泵，以及管路总成，所述管路总成包括：

连接所述机械泵与所述罗茨泵的第一管路；

连接所述罗茨泵与所述扩散泵的第二管路；

连通所述扩散泵与所述熔炼室的第三管路；

连通所述扩散泵与所述第二管路的第四管路；

连接所述雾化室与所述第二管路的第五管路。

3.根据权利要求2所述的自动金属制粉装置，其特征在于，所述控制系统包括：

用于启动所述自动金属制粉装置的按钮总成；

还包括对所属机械泵进行控制的机械泵控制模块、对所述扩散泵进行控制的进行控制的扩散泵控制模块以及对所述罗茨泵进行进行控制的罗茨泵控制模块。

4.根据权利要求3所述的自动金属制粉装置，其特征在于，所述第五管路上设置有第三真空阀；所述第二管路连接所述扩散泵的一端至所述第四管路连接所述第二管路的一端之间设置有第二真空阀；所述第四管路上设置有第四真空阀；所述扩散泵上设置有第一真空阀。

5.根据权利要求1所述的自动金属制粉装置，其特征在于，还包括与所述熔炼室联通设置的充气检测阀，以及用于控制所述熔炼室启停的熔炼控制模块。

6.根据权利要求5所述的自动金属制粉装置，其特征在于，所述旋风分离器上设置有排气检测阀。

7.根据权利要求1所述的自动金属制粉装置，其特征在于，还包括用于对放置在熔炼室中的金属液滴旋转的旋转机构总成。

8.一种自动金属制粉方法，其特征在于，包括：

S10装料完成后，通过控制系统的按钮总成启动设备；

S21控制系统向机械泵控制模块、扩散泵控制模块发出启动信号，机械泵启动，扩散泵预热。延时第一时间后，机械泵控制模块向控制系统反馈信号；

S22控制系统接收机械泵控制模块的延时反馈型号，向第一真空检测-阀控制总成、第一真空阀控制总成发出启动信号，第二真空阀、第三真空阀开启，机械泵开始对设备抽真空。真空抽至500Pa，第一真空检测-阀控制总成向控制系统反馈信号；

S23控制系统接收第一真空检测-阀控制总成的真空度反馈型号，向第二真空阀控制总成、罗茨泵控制模块发出启动信号，第四真空阀开启，罗茨泵开始对设备抽真空；真空抽至5Pa以下，第一真空检测-阀控制总成向控制系统反馈信号。

S24控制系统接收第一真空检测-阀控制总成的真空度反馈型号，向第二真空检测-阀控制总成、扩散泵发出启动信号，第一真空阀开启，扩散泵9开始对设备抽真空。真空抽至6.63×10^-3Pa以下，第二真空检测-阀控制总成向控制系统10反馈信号。

9.根据权利要求8所述的自动金属制粉方法，其特征在于，还包括：

S30控制系统接收第二真空检测阀控制总成的真空度反馈型号，向充气检测阀控制总成发出启动信号，充气检测阀控制总成开启充气检测阀，向设备内充入惰性气体。气体充入量达0.06MPa，充气检测阀控制总成向控制系统反馈信号。

S40控制系统接收充气检测阀控制总成的压强反馈型号，向熔炼控制模块发出启动信号，熔炼室内加热装置启动，开始熔炼金属棒料；同时，熔炼控制模块对金属的熔炼温度进行监测，经过系统预设的熔炼时间后，熔炼控制模块向控制系统反馈信号。

10.根据权利要求9所述的自动金属制粉方法，其特征在于，还包括：

S51控制系统接收熔炼控制模块的温度、时间反馈信号，向充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成发出启动信号。充气检测阀控制总成开启雾化气管路，高压气路通过雾化器向设备内充入出口压强在1～5MPa的惰性气体，排气检测阀控制总成开启引风，将雾化工作气体排出；

S52充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成向控制系统反馈信号，同时监测雾化器出口气体压强和/或流量和/或时间；

S53控制系统接收到充气检测阀控制总成、排气检测阀控制总成的反馈信号，向旋转机构总成发出信号；

S60熔炼控制模块向控制系统反馈装料重量的监测信号，金属液流至装料重量的3％，控制系统依次向各功能模块发出以上步骤的反向指令，设备停机。