基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法与流程

1.本发明属于粉末制备技术领域，具体涉及一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法，本发明还涉及一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制方法。


背景技术：

2.随着增材技术的迅速发展，其对于金属球形粉末的需求正在稳步增长，主要集中在以下两个方面：(1)对于3d打印厂商，金属球形粉末在产品成本中的占比越来越大，基于此，对于具有高品质、低成本、球形度高且粉末粒度区间窄的金属球形粉末需求越发强烈。然而现有的制粉工艺主要为气雾化法(简称eiga)，其所生产的金属球形粉末虽然成本较低，但球形度不高、卫星粉、异形粉和氧含量较高，粉末粒径分布区间宽等缺点，其直接制约3d打印零件的服役性能。(2)对于金属球形粉末生产还可使用超高转速等离子旋转电极雾化法(简称ss
‑
prep)进行，该方法虽然制得粉末球形度高、粉末粒度分布区间较窄，无空心粉、卫星粉和较少异形粉，但是粉末粒度波动较大，同时合金棒料利用率低。
3.基于此，解决通过超高转速等离子旋转电极雾化法(ss
‑
prep)制备的金属粉末，存在粉末粒度波动幅度较大以及合金棒料有效利用率低的问题，就显得尤为紧迫且十分重要的。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的是提供一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统，解决通过超高转速等离子旋转电极雾化法制备得到的金属粉末，存在粉末粒度波动幅度较大以及合金棒料有效利用率低的问题。
5.为了达到上述第一个目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统，包括密封壳体，所述密封壳体内设置有电主轴和等离子枪，所述电主轴的驱动端连接有合金棒材，合金棒材的端部形成有金属薄膜，所述等离子枪的外部设置有多个位移传感器，所述位移传感器相对所述金属薄膜布置；密封壳体的外部布置有控制器和电源，所述控制器分别与电主轴、等离子枪和位移传感器连接，所述电源与控制器和所述等离子枪连接。
6.本发明的技术方案，还具有以下特点：
7.作为本发明技术方案的进一步改进，所述控制器为西门子s7系列可编程逻辑控制器。
8.本发明的第二个目的是提供一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制方法，利用上述基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统，实现解决通过超高转速等离子旋转电极雾化法制备得到的金属粉末，存在粉末粒度波动幅度较大以及合金棒料有效利用率低的问题。
9.为了达到上述第二个目的本发明的采用的第一种技术方案是：一种基于等离子旋
转电极雾化的金属液膜监测控制方法，具体按照以下步骤实施：
10.步骤1，先通过多个位移传感器测量金属薄膜到位移传感器之间的距离并传递给控制器，该距离记为d
i
，d
i
＝{d1，d2，
…
，d
n
}，n表示第n个位移传感器，n≥2；
11.步骤2，之后，控制器根据d
i
确定最小距离，最小距离记为d
m
，d
m
＝min{d1，d2，
…
，d
n
}；
12.步骤3，控制器将di与d
m
相减并求绝对值，得到距离差值，距离差值记为δd
i
，δd
i
＝|d
n
‑
d
m
|，计算并求出距离差值的最大值，即为最大曲度值，最大曲度值记为δd
m
，δd
m
＝max{δd1，δd2，
…
，δd
n
}；
13.步骤4，将δd
m
与预设值d0对比进行判断：若δd
m
不大于d0，等离子枪的功率保持不变；若δd
m
大于d0，则通过控制器将使等离子枪的调整功率，直至δd
m
≤d0。
14.作为本发明技术方案的进一步改进，在所述步骤4中：若δd
m
大于d0，等离子枪每次调整功率的幅度为0.5kw
‑
1.5kw。
15.为了达到上述第二个目的本发明的采用的第二种技术方案是：一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制方法，具体按照以下步骤实施：
16.步骤1，先通过多个位移传感器测量金属薄膜到位移传感器之间的距离并传递给控制器，该距离记为d
i
，d
i
＝{d1，d2，
…
，d
n
}，n表示第n个位移传感器，n≥2；
17.步骤2，之后，控制器根据d
i
确定最小距离，最小距离记为d
m
，d
m
＝min{d1，d2，
…
，d
n
}；
18.步骤3，控制器将di与d
m
相减并求绝对值，得到距离差值，距离差值记为δd
i
，δd
i
＝|d
n
‑
d
m
|，计算并求出距离差值的最大值，即为最大曲度值，最大曲度值记为δd
m
，δd
m
＝max{δd1，δd2，
…
，δd
n
}；
19.步骤4，将δd
m
与预设值d0对比进行判断：若δd
m
不大于d0，等离子枪的功率保持不变；若δd
m
大于d0，则通过控制器将电主轴移动，直至δd
m
≤d0。
20.作为本发明技术方案的进一步改进，在所述步骤4中：若δd
m
大于d0，电主轴每次移动的距离为0.5mm
‑
5mm。
21.本发明的有益效果是：本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法，通过实时监测合金棒料端面的金属液膜的最大曲度值，根据预设的金属液膜的最大曲度值与实测值进行判断，进行等离子枪的功率的自动调整或者电主轴的位移调整，保证合金棒料端面的金属液膜曲度值不大于系统预设值，提高每批次粉末收得率、减小每批次的粉末粒度波动幅度范围，且同时提高工艺稳定性和合金棒料的有效利用率，降低生产成本，缩短生产周期并提高生产设备可操作性和易控性。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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：
23.图1为本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法的原理图；
24.图2为使用本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法位进行移传感器测量金属薄膜到位移传感器之间的距离测定的原理图；
25.图3为本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法的第一种实施方式的原理图；
26.图4为本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统及方法的第二种实施方式的原理图。
27.图中：1.控制器，2.电源，3.位移传感器，4.密封壳体，5.等离子枪，6.金属薄膜，7.合金棒材。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.实施例1
30.如图1所示，本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统，其主体框架为密封壳体4。该密封壳体4的内壁上安装有电主轴(图中未示出)和等离子枪5。
31.电主轴通过控制器1驱动，可以使其端部连接的合金棒材7发生高速旋转。在等离子枪5的作用下，合金棒材7的端部形成有金属薄膜6。
32.结合图2，等离子枪5的外部设置有多个位移传感器3，多个位移传感器3相对金属薄膜6布置，用于测试金属薄膜6上的多个点位到对应为位移传感器之间的距离。
33.密封壳体4的外部布置有控制器1和电源2，控制器1分别与电主轴、等离子枪5和位移传感器3电连接，用于控制等离子枪5的转速，以及接收并分析位移传感器3采集到的距离数据。
34.电源2与控制器1和等离子枪5连接。
35.本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制系统，其工作原理如下：先通过多个位移传感器3测量金属薄膜6到位移传感器3之间的距离并传递给控制器1，该距离记为d
i
，d
i
＝{d1，d2，
…
，d
n
}，n表示第n个位移传感器3，n≥2；之后控制器1根据d
i
确定最小距离，最小距离记为d
m
，d
m
＝min{d1，d2，
…
，d
n
}；然后控制器1将di与d
m
相减并求绝对值，得到距离差值，距离差值记为δd
i
，δd
i
＝|d
n
‑
d
m
|，计算并求出距离差值的最大值，即为最大曲度值，最大曲度值记为δd
m
，δd
m
＝max{δd1，δd2，
…
，δd
n
}；最后，控制器1将δd
m
与预设值d0对比进行判断，以确定是否对等离子枪5的功率或者电主轴的位移进行调节，确保δd
m
与预设值d0的对比结果满足要求。
36.需要说明的是，本技术采用的控制器1优选为西门子s7系列可编程逻辑控制器。
37.实施例2
38.结合图3，本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制方法，具体按照以下步骤实施：
39.步骤1，通过多个位移传感器3测量金属薄膜6到位移传感器3之间的距离并传递给控制器1，该距离记为d
i
，d
i
＝{d1，d2，
…
，d
n
}，n表示第n个位移传感器3，n≥2；
40.步骤2，控制器1根据d
i
确定最小距离，最小距离记为d
m
，d
m
＝min{d1，d2，
…
，d
n
}；
41.步骤3，控制器1将di与d
m
相减并求绝对值，得到距离差值，距离差值记为δd
i
，δd
i
＝|d
n
‑
d
m
|，计算并求出距离差值的最大值，即为最大曲度值，最大曲度值记为δd
m
，δd
m
＝
max{δd1，δd2，
…
，δd
n
}；
42.步骤4，将δd
m
与预设值d0对比进行判断：若δd
m
不大于d0，等离子枪5的功率保持不变；若δd
m
大于d0，则通过控制器1将使等离子枪5的调整功率，直至δd
m
≤d0。
43.需要说明的是，在实施例2的步骤4中，若δd
m
大于d0，等离子枪5每次调整功率的幅度为0.5kw
‑
1.5kw，以便以最小的调整次数，达到精确控制的目的。
44.实施例3
45.结合图4，本发明的一种基于等离子旋转电极雾化的金属液膜监测控制方法，具体按照以下步骤实施：
46.步骤1，通过多个位移传感器3测量金属薄膜6到位移传感器3之间的距离并传递给控制器1，该距离记为d
i
，d
i
＝{d1，d2，
…
，d
n
}，n表示第n个位移传感器3，n≥2；
47.步骤2，控制器1根据d
i
确定最小距离，最小距离记为d
m
，d
m
＝min{d1，d2，
…
，d
n
}；
48.步骤3，控制器1将di与d
m
相减并求绝对值，得到距离差值，距离差值记为δd
i
，δd
i
＝|d
n
‑
d
m
|，计算并求出距离差值的最大值，即为最大曲度值，最大曲度值记为δd
m
，δd
m
＝max{δd1，δd2，
…
，δd
n
}；
49.步骤4，将δd
m
与预设值d0对比进行判断：若δd
m
不大于d0，等离子枪电主轴的功率保持不变；若δd
m
大于d0，则通过控制器将电主轴移动，直至δd
m
≤d0。
50.需要说明的是，在实施例3的步骤4中：若δd
m
大于d0，电主轴每次移动的距离为0.5mm
‑
5mm，以便以最小的调整次数，达到精确控制的目的。
51.上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。