双丝弧爆制粉装置的制作方法

本申请涉及3d打印技术领域，具体而言，涉及一种双丝弧爆制粉装置。

背景技术：

金属粉末是材料产业的重要分支，利用金属粉末制备出工件，具有其他材料所无法获得的优异性能。随着3d打印技术的出现，金属粉末的应用被推向另一个高潮。特别是在航空航天、汽车制造领域，一些难加工、构型复杂等金属零件的加工，逐步由3d打印技术实现。

3d打印需求的金属粉末，品质要求较高，粉末品质是限制3d打印技术发展的巨大瓶颈。因此，3d打印专用材料的研发是3d打印技术发展的重中之重。高性能金属粉末的制备受到工业发达国家的高度重视。

带有坩埚的高压气体雾化法是当前制备3d打印金属粉末的主流方法，该方法具有以下弊端：获得粉末的颗粒形状不够规则，必须经过多次筛分及检验才能得到符合标准的粒度范围，细粉收得率不到30％，金属材料损耗较大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，以期获得颗粒形状圆整规则的金属粉末，本申请提供了一种双丝弧爆制粉装置。

根据本申请实施例的双丝弧爆制粉装置，其包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均包括传送组件、导电嘴和电极，其中，所述导电嘴内形成有通道，所述传送组件用于将金属丝传送至所述导电嘴内，使所述金属丝穿过所述通道，所述第一单元的通道和所述第二单元的通道处于同一直线上或二者的延长线相交，所述导电嘴与所述电极相连，所述第一单元和所述第二单元的电极带有极性相反的电。

进一步的，在本申请双丝弧爆制粉装置中，所述传送组件包括第三辊轮和第四辊轮，所述第三辊轮为驱动轮，所述第四辊轮为从动轮，所述第三辊轮与所述第四辊轮之间形成有用于通过所述金属丝的间隙，所述间隙正对所述通道的一端。

进一步的，在本申请双丝弧爆制粉装置中，还包括矫形组件，所述矫形组件与所述导电嘴分别设置在所述传送组件的两侧，所述矫形组件用于对所述金属丝矫形，使所述金属丝处于绷紧状态。

进一步的，在本申请双丝弧爆制粉装置中，所述矫形组件包括第一辊轮和第二辊轮，所述第一辊轮为纺锤形，所述金属丝在纺锤形截面最小位置处切向绕过所述第一辊轮后经由第二辊轮切向进入所述传送组件。

进一步的，在本申请双丝弧爆制粉装置中，所述导电嘴的两端均为锥状，所述通道的直径大于所述金属丝的直径。

进一步的，在本申请双丝弧爆制粉装置中，所述第一单元和第二单元中传送的金属丝的材质相同。

本实施例提供的一种双丝弧爆制粉装置，通过将两根金属丝材的端部不断融化成金属液滴，最终冷却凝固成金属粉末，整个生产过程金属液体不接触其他物质，提高了金属粉末的纯度，细粉收得率达到70％以上，降低了金属材料的损耗。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性的给出了本申请双丝弧爆制粉装置的结构参考图；

图2示意性的给出了本申请双丝弧爆制粉装置另一实施方式的结构参考图。

图中：

11、第一金属丝；12、第二金属丝；21、第一辊轮；22、第二辊轮；23、第三辊轮；24、第四辊轮；3、导电嘴；41、第一电极；42、第二电极；5、导电线；6、弧爆粉。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本申请实施例提供了一种双丝弧爆制粉装置。该装置包括第一单元和第二单元，第一单元和第二单元均包括传送组件、导电嘴3和电极，其中，导电嘴3内形成有通道，传送组件用于将金属丝传送至导电嘴3内，使金属丝穿过通道，第一单元的通道和第二单元的通道处于同一直线上或二者的延长线相交，导电嘴3与电极相连，第一单元和第二单元的电极带有极性相反的电。具体的，第一单元包括传送组件、导电嘴3和第一电极41，第一单元的传送组件用于将第一金属丝11传送至导电嘴3内，使第一金属丝11穿过通道；第二单元包括传送组件、导电嘴3和第二电极42，第二单元的传送组件用于将第二金属丝12传送至导电嘴3内，使第二金属丝12穿过通道。第一单元的通道和第二单元的通道处于同一直线上或二者的延长线相交，可以使得第一金属丝11和第二金属丝12的出料方向能够相交或者处于同一直线上，这样便可以保证雾化过程中第一金属丝11和第二金属丝12端部相接触。

上述实施例提供的一种双丝弧爆制粉装置，由于第一电极41与第二电极42带有极性相反的电，从而使得第一金属丝11和第二金属丝12带有极性相反的电，二者接触时可以产生高能电弧，在高能电弧的作用下，通过第一金属丝11与第二金属丝12接触局部瞬间的弧爆，可以获得金属粉末，即弧爆粉6，单位体积内弧爆成粉的金属颗粒有各自的运行轨迹，相互无接触，金属颗粒可以最大程度的完成自身的收缩凝固成球形粉末，形状规则，并且提高了细粉收得率，可以达到70％以上，降低了金属材料的损耗。此外，通过将第一金属丝11和第二金属丝12的端部不断融化成金属液滴，最终冷却凝固成金属粉末，整个生产过程金属液体不接触其他物质，提高了金属粉末的纯度，可以避免相关技术中，金属丝与电极材料或雾化发生器直接接触的情况下高能电弧成粉，电极材料往往会污染产品的技术问题。本实施例的原理是通过对两根金属丝通电，接触时，端部在接触位置产生电弧，高能电弧作用下，丝材局部熔化产生爆炸，形成金属液滴，由于液体表面张力的作用收缩成球，经凝固冷却后形成具有较高球形度的金属粉末。本方法起弧熔化范围小，能够保证了金属粉末成粉的稳定性，成粉的粒径范围可控。

在一些实施例中，传送组件包括第三辊轮23和第四辊轮24，第三辊轮23为驱动轮，第四辊轮24为从动轮，第三辊轮23与第四辊轮24之间形成有用于通过第一金属丝11或第二金属丝12的间隙，间隙正对通道的一端。第一金属丝11穿过第一单元的第三辊轮23与第四辊轮24之间的间隙，从导电嘴3内部伸出；第二金属丝12穿过第二单元的第三辊轮23与第四辊轮24之间的间隙，从导电嘴3内部伸出。第一金属丝11和第二金属丝12的端部碰触，局部爆炸成弧爆粉6。第三辊轮23与第四辊轮24之间的间隙可根据穿入的第一金属丝11和第二金属丝12的直径调节，最大间隙为6mm。

在一些实施例中，双丝弧爆制粉装置还包括矫形组件，矫形组件与导电嘴3分别设置在传送组件的两侧，矫形组件用于对第一金属丝11或第二金属丝12矫形，使第一金属丝11或第二金属丝12处于绷紧状态。优选的，如图1所示，矫形组件包括第一辊轮21和第二辊轮22，第一辊轮21为纺锤形，第一金属丝11或第二金属丝12在纺锤形截面最小位置处切向绕过第一辊轮21后经由第二辊轮22切向进入传送组件，即进入第三辊轮23与第四辊轮24之间的间隙。

在一些实施例中，导电嘴3的两端均为锥状，通道的直径与第一金属丝11或第二金属丝12的直径相匹配，即通道的直径略大于第一金属丝11或第二金属丝12的直径，以保证第一金属丝11或第二金属丝12顺利穿过，实现第一金属丝11和第二金属丝12相互碰触，导电嘴3的一端与第一电极41或第二电极42相连，通过导电线5使第一金属丝11或第二金属丝12带电。

优选的，第一单元和第二单元镜像设置，以方便伸出的第一金属丝11和第二金属丝12可以相互碰触，局部爆炸成弧爆粉。第一金属丝11与第二金属丝12优选同质同规格材料，但不限于同质同规格材料。

在一些实施例中，第三辊轮和第四辊轮的轮周外围套有橡胶套，可以使得金属丝在传送过程中不会被碾压变形，并且可以提供更大的摩擦力，防止传送过程中金属丝打滑。

在一些实施例中，第一金属丝11和第二金属丝12的外表面设置有磁性材料层，磁性材料层的材质选择为是fe，co，ni元素及其合金，具有磁性材料层的第一金属丝11和第二金属丝12在弧爆过程中，形成的金属液滴中以及冷却后的金属颗粒中会存在上述的磁性材料，在弧爆位置的下方收粉位置设置有磁体，当冷却后的金属颗粒进入磁体的有效磁场范围内，会被磁体吸引运动至收粉装置中，可以有效解决形成的超细粉体弥散程度高，难以收集的技术问题，磁体可以为永磁体或电磁结构，设计中应当注意金属在液滴阶段不受到磁体的作用力干扰，防止液滴磁化后相互之间吸附聚集，在靠下方的位置冷却后再进入磁体的作用范围。

申请人研究发现，金属丝的直径对金属粉末的粒度有直接影响，通过试验发现，金属粉末的平均粒度随着金属丝直径的增大而增大。

金属粉末的平均粒度随着弧爆区域的气体压强的增大而增大，由于气体分子的浓度增大，弧爆后的金属蒸汽和气体分子的碰撞几率会陡增，金属蒸汽的自由程变小，金属蒸汽间结合机会变大，促进了粉末颗粒的增长，造成粉末平均粒径变大。

经过多次试验分析发现，当满足有

u/(1/4πd²p)≥2.875*10⁵时，获得的金属粉末颗粒粒度分布结果符合3d打印用金属分体的要求，为较优的选择。

在上式中，

u为第一电极与第二电极之间的电压，单位为v；

d为第一金属丝和第二金属丝的直径，单位为m，上式获得的基础要求第一金属丝和第二金属丝的直径相同；

p为弧爆区域的气体压强，单位为pa。

在本申请提供的双丝弧爆制粉装置中，通过将第一金属丝11和第二金属丝12相互碰触制粉，相比于单根金属丝与电极碰触制粉的成分效率提升一倍，具有明显的技术优势。但由于用于成粉的金属丝的直径通常在毫米级，甚至在1毫米之下，在金属丝自身重力的干扰之下，金属丝的端部会发生不同程度的下垂弯曲，往往造成第一金属丝11和第二金属丝12的端部无法实现精准触碰，影响制粉过程。为了有效降低金属丝自身重力对于成粉过程的影响，本申请提供了下述的一种可选的实施方式。

如图2所示，第一单元和第二单元的导电嘴3均布置在同一竖直平面内，且以铅垂线为对称轴对称设置，此时第一单元和第二单元均同步调整为如图所示的左右对称设置，该方案将第一金属丝和第二金属丝的出料方向调整为更加接近于竖直向下出料，可以大大降低水平出料的情况下金属丝自身重力的影响。优选的，导电嘴3与铅垂线之间的夹角α的设计范围为8°-15°，在该范围内，第一金属丝11与第二金属丝12之间可以实现精准碰触对接，且不会影响弧爆的进程。

需要说明的是，根据上述实施例的双丝弧爆制粉装置还可以包括壳体、气体保护装置、收粉装置、电控装置及动力装置等其他必要组件或结构，并且对应的布置位置和连接关系均可参考现有技术中的同类装置，各未述及结构的连接关系、操作及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。