一种无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置的制作方法

1.本技术涉及3d打印技术领域，更具体地，涉及一种无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置。


背景技术：

2.近年来，金属3d打印技术作为一种绿色智能制造技术发展迅猛，金属粉末的质量因而备受关注。等离子旋转雾化制粉时制备高品质粉末较为理想的技术之一，其基本原理：将金属或合金制成自耗电极，自耗电极端部在同轴等离子体电弧加热源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋转离心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴与雾化室内ar气摩擦，在切应力作用下进一步破碎，随后液滴在表面张力的作用下快速冷却凝固形成球形粉末。
3.目前市面上常见的等离子旋转雾化制粉装置，制粉能量来源于等离子枪与自耗电极(棒料)之间产生的等离子转移弧，由于棒料通过碳刷系统加载电压，在高转速下(≥30000r.p.m)存在如下问题：
①
碳刷损耗严重，产生烟尘污染装置内部进而影响粉末纯净度；
②
碳刷一旦损耗，极易抖动，导致棒料旋转不平稳影响粉末质量；
③
碳刷与主轴之间保留一定间隙，往往会打弧，在电腐蚀的影响下烧损主轴；
④
主轴与碳刷发生摩擦产生热量传递至轴承，引起轴承发热膨胀，影响主轴正常转动。常用的解决措施主要有优化碳刷装置冷却系统、更换优质轴承，上述问题仍无法得到彻底解决。
4.基于此，需要一种新的雾化制粉装置，实现高转速稳定制粉，以满足金属3d打印对粉末高性能指标要求。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本技术提供一种无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置，解决传动机构受碳刷系统制约的弊端，实现高转速稳定制粉，满足金属3d打印的使用要求，制得的粉末质量高，使用寿命长。
6.本技术提供的技术方案如下：
7.一种无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置，用于将金属棒料制成粉，其特征在于包括雾化室、非转移弧等离子枪、进给装置、高转速等离子旋转雾化主轴组件、抽真空装置、惰性气体供应装置和供电系统；
8.所述雾化室的上端侧壁开设有真空接管，所述真空接管通过高真空蝶阀分别与抽真空装置和惰性气体供应装置相连接；
9.所述雾化室的下端设有集粉室；
10.所述雾化室外设有所述进给装置；
11.所述高转速等离子旋转雾化主轴组件安装在所述进给装置上；所述高转速等离子旋转雾化主轴组件包括主轴、联轴器和变频电动机；
12.所述主轴的一端与金属棒料通过螺纹连接，所述主轴穿过所述雾化室的侧壁，所述主轴与所述雾化室侧壁的连接处设有锁紧件，所述主轴的另一端通过联轴器连接变频电
动机的输出轴进行轴连接；所述雾化室的侧壁上设有所述非转移弧等离子枪，所述非转移弧等离子枪的抢头与所述棒料的一端相对，所述非转移弧等离子枪由铈钨阴极和水冷铜双阳极组成；
13.所述非转移弧等离子枪上设有冷却装置；所述非转移弧等离子枪、进给装置、高转速等离子旋转雾化主轴组件、真空装置和氩气供应装置分别与供电系统电连接。
14.其中，所述水冷铜双阳极内开设有空腔，所述空腔内连接所述冷却装置。
15.其中，所述主轴与所述雾化室侧壁的连接处设有动静密封装置，所述动静密封装置为迷宫密封装置。
16.其中，所述动静密封装置包括一级氟橡胶密封环、一级聚四氟乙烯密封环、二级氟橡胶密封环和二级聚四氟乙烯密封环，所述雾化室侧壁开设有主轴孔，所述主轴孔侧壁设有四个环形槽，所述主轴穿过所述主轴孔，由靠近金属棒料至远离金属棒料的方向分别套有一级氟橡胶密封环、一级聚四氟乙烯密封环、二级氟橡胶密封环和二级聚四氟乙烯密封环，所述一级氟橡胶密封环、一级聚四氟乙烯密封环、二级氟橡胶密封环和二级聚四氟乙烯密封环分别与所述主轴孔侧壁设有四个环形槽密封配合。
17.其中，所述主轴孔侧壁与所述二级氟橡胶密封环对应的环形槽内设有吹气环，所述吹气环上设有走气孔。
18.其中，所述抽真空装置为三级真空泵，由一级滑阀泵、二级罗茨泵、三级扩散泵组成。
19.其中，所述进给装置由伺服电机和机械滑台组成，所述高转速等离子旋转雾化主轴组件滑动安装在所述机械滑台上，所述伺服电机通过滚珠丝杠连接所述高转速等离子旋转雾化主轴组件。
20.其中，所述集粉室的为漏斗状，所述集粉室的底部设有阀门。
21.其中，所述非转移弧等离子电源系统的功率是180～300kw。
22.其中，所述抽真空装置上还安装有真空检测装置。
23.本发明提供的无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置，与现有技术相比较，设有的非转移弧等离子枪由铈钨阴极和水冷铜双阳极组成，通过连续低电压与脉冲高电压配合产生等离子束，保证等离子束稳定，有利于提升粉末质量，延长等离子枪寿命，从而延长无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置的使用周期。同时，棒料不再充当阳极，无需碳刷系统，
①
减小对转动系统的束缚，达到提高转速的目的，提升细粉收得率；
②
无碳刷污染，提高粉末洁净度；
③
主轴平稳转动，保证粒度分布均匀；
④
避免轴承发热情况，保障制粉稳定。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是高转速等离子旋转雾化制粉装置结构示意图；
26.图2是动静密封装置的结构示意图；
27.图3是非转移弧等离子枪工作原理图；
28.其中：金属棒料1、雾化室2、非转移弧等离子枪3、进给装置4、高转速等离子旋转雾化主轴组件5、真空接管6、集粉室7、主轴501、变频电动机502、锁紧件503、铈钨阴极301、水冷铜双阳极302、冷却装置8、动静密封装置9、一级氟橡胶密封环901、一级聚四氟乙烯密封环902、二级氟橡胶密封环903、二级聚四氟乙烯密封环904、吹气环905、伺服电机401、机械滑台402。
具体实施方式
29.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
31.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
34.本发明实施例采用递进的方式撰写。
35.如图1
‑
3所示，一种无碳刷导电型高转速等离子旋转雾化制粉装置，用于将金属棒料1制成粉，包括雾化室2、非转移弧等离子枪3、进给装置4、高转速等离子旋转雾化主轴组件5、抽真空装置、惰性气体供应装置和供电系统；
36.所述雾化室2的上端侧壁开设有真空接管6，所述真空接管6通过高真空蝶阀分别与抽真空装置和惰性气体(如氩气)供应装置相连接；
37.所述雾化室2的下端设有集粉室7；
38.所述雾化室2外设有所述进给装置4；
39.所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5安装在所述进给装置4上；所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5包括主轴501、联轴器和变频电动机502；
40.所述主轴501的一端与金属棒料1通过螺纹连接，所述主轴501穿过所述雾化室2的
侧壁，所述主轴501与所述雾化室2侧壁的连接处设有锁紧件503，所述主轴501的另一端通过联轴器连接变频电动机502的输出轴进行轴连接；
41.所述雾化室2的侧壁上设有所述非转移弧等离子枪3，所述非转移弧等离子枪3的抢头与所述棒料的一端相对，所述非转移弧等离子枪3由铈钨阴极301和水冷铜双阳极302组成；
42.所述非转移弧等离子枪3、进给装置4、高转速等离子旋转雾化主轴组件5、抽真空装置、氩气供应装置和冷却装置8分别与供电系统电连接。
43.抽真空装置用于将雾化室2内的空气抽真空，然后启动氩气供应装置，使雾化室2内充满保护气体，用于在制粉过程中作为非转移弧等离子枪3形成等离子体的惰性气体及推动等离子弧熔化棒料，此时启动非转移弧等离子枪3、所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5、进给装置4和冷却装置8。
44.非转移弧等离子枪3产生等离子弧用于熔化棒料，离子弧将高速旋转的棒料端面熔化，棒料保持高速旋转，液态金属薄膜在离心力的作用下甩出并雾化成小液滴，在快速凝固过程中小液滴在冷却装置8的作用下冷却并在表面张力的作用下形成球形粉末；进给装置用于棒料的进给，可以持续的产生金属粉末。
45.本技术所述的非转移弧等离子枪3，由铈钨阴极301和水冷铜双阳极302组成，同时加载2组电压，1#电压为脉冲高电压，起到引弧的作用，用于击穿惰性气体产生等离子体，2#电压为连续低电压，产生连续的等离子体通过惰性气体(如氦氩混合气体)束冲向棒料端面，使棒料熔化。
46.所述水冷铜双阳极302内开设有空腔，所述空腔内连接有冷却装置8(冷却水管)，作用于等离子枪、雾化室2、金属棒料1和主轴501等，起到降温作用。
47.所述主轴501与所述雾化室2侧壁的连接处设有动静密封装置9，所述动静密封装置9为迷宫密封装置，所述动静密封装置9包括一级氟橡胶密封环901、一级聚四氟乙烯密封环902、二级氟橡胶密封环903和二级聚四氟乙烯密封环904，所述雾化室2侧壁开设有主轴孔，所述主轴孔侧壁设有四个环形槽，所述主轴501穿过所述主轴孔，由靠近金属棒料1至远离金属棒料1的方向分别套有一级氟橡胶密封环901、一级聚四氟乙烯密封环902、二级氟橡胶密封环903和二级聚四氟乙烯密封环904，所述一级氟橡胶密封环901、一级聚四氟乙烯密封环902、二级氟橡胶密封环903和二级聚四氟乙烯密封环904分别与所述主轴孔侧壁设有四个环形槽密封配合。
48.所述主轴孔侧壁与所述二级氟橡胶密封环903对应的环形槽内设有吹气环905，所述吹气环905上设有走气孔。
49.动静密封装置9由一级氟橡胶密封环901、一级聚四氟乙烯密封环902、二级氟橡胶密封环903和二级聚四氟乙烯密封环904组成迷宫式密封，锁紧件503用于将主轴501安装在所述雾化室2的侧壁上，当雾化室2内充满惰性气体时，一级氟橡胶密封环901变形锁紧，保证炉内密封环境，为静密封；制粉时，聚四氟乙烯密封垫套在主轴501上随主轴501转动，惰性气体流经密封环与主轴501之间间隙形成气帘密封，更换棒料时，惰性气体从吹气环905上的走气孔进入压缩二级氟橡胶密封环903抱紧主轴501，限制余料活动，为动密封。
50.所述抽真空装置为三级真空泵，由一级滑阀泵、二级罗茨泵、三级扩散泵组成，所述抽真空装置上还安装有真空检测装置，极限真空度可达5
×
10
‑
3，真空检测装置由电阻规
和电离规(真空传感器)、真空仪表组成，用于检测雾化室2内真空度。
51.所述进给装置4由伺服电机401和机械滑台402组成，所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5滑动安装在所述机械滑台402上，所述伺服电机401通过滚珠丝杠连接所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5。
52.所述集粉室7的为漏斗状，所述集粉室7的底部设有阀门，用于成品粉末收集与出料。
53.所述非转移弧等离子电源系统的功率是180～300kw，作为一种优选方式，非转移弧等离子电源采用可控硅进行整流，在枪内产生最大180～300kw功率，通过引弧装置产生高频高压电进行引弧，产生等离子体，达到融化棒料的目的。
54.所述高转速等离子旋转雾化主轴组件5，采用卧式结构水平布置，运用有限元分析方法进行设备系统共振分析，避开六阶模态下共振频率，同时在装置制粉过程中对装置做动平衡测试，解决共振、润滑等问题。
55.本技术的高转速等离子旋转雾化主轴组件采用卧式结构，高转速等离子旋转雾化主轴组件5位于雾化室2的尾端，等离子枪位于雾化室2的前段，雾化室2通过连接管连接到抽真空装置，雾化室2的下端设有集粉室7；棒料全部处于雾化室2内；
56.非转移弧等离子枪3通过电枢安装于等离子枪安装台，非转移弧等离子枪3的前端伸入雾化室2内部，非转移弧等离子枪3与棒料同轴设置，非转移弧等离子枪3与雾化室2的接口通过密封圈密封；
57.非转移弧等离子枪3连接非转移弧等离子电源系统，非转移弧等离子电源系统为非转移弧等离子枪3提供脉冲高电压和连续低电压，引弧时，铈钨阴极301和1#阳极之间加载脉冲高电压，击穿惰性气体产生等离子体，制粉时，铈钨阴极301和2#阳极之间加载连续低电压，产生连续的等离子体随惰性气体束冲向棒料端面，使棒料熔化。
58.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。