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西安賽隆朱紀(jì)磊:基于熱等離子體的PREP制粉裝備

3D打印直播
2018
07/28
09:01
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2018AMCC杭州大會的高峰論壇,“增材制造標(biāo)準(zhǔn)化及設(shè)施安全論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場聆聽了專家們的演講。



主持人:下面有請朱紀(jì)磊:西安賽隆金屬材料有限責(zé)任公司副總經(jīng)理,主題:基于熱等離子體的PREP制粉裝備。


    朱紀(jì)磊:各位好,今天我想向各位介紹一下基于熱等離子的PREP制粉裝備的情況。
    為什么我們需要PREP的技術(shù),然后它的設(shè)備的現(xiàn)狀,再有是PREP設(shè)備安全和環(huán)保的保護(hù)。
    做這個(gè)報(bào)告的壓力很大,以前老是做技術(shù)的方面,關(guān)于設(shè)備的防護(hù)是第一次講。
    嚴(yán)格意義來說它不屬于增材制造的設(shè)備,因?yàn)樗皇亲鲈霾闹圃斓,但是它又是增材制造環(huán)節(jié)里面一個(gè)必須的設(shè)備,這個(gè)設(shè)備除了增材制造用,也可以用在噴涂上面點(diǎn)。但是因?yàn)?D打印是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),它會影響后續(xù)的工藝,所以大家對制粉技術(shù),制粉設(shè)備也非常的關(guān)注,這兩年的發(fā)展的速度也非常的快。
    3D打印對金屬粉末的要求還是很高的,前兩年的的時(shí)候國內(nèi)的粉末是要求進(jìn)口的,這兩年稍微好一些。
    比如同樣的要用粉末,要是用進(jìn)口的話,會好多。如果用國產(chǎn)的話,會差很多。
    (圖示)這是一個(gè)大的顆粒的粉末,旁邊多出來的一橢就叫微型粉,它會影響到整個(gè)粉塵的均勻性,影響到整個(gè)組織的均勻性。微型粉末會造成粉塵,比較實(shí)現(xiàn)好的打印的質(zhì)量的控制。
    還有一個(gè)對電子書來說,它有一個(gè)特點(diǎn)或者說工藝的過程是預(yù)熱的技術(shù),有微型粉的情況,對它進(jìn)行預(yù)熱,就會導(dǎo)致粉塵信號液向結(jié)合固晶的過程,因?yàn)樗纳厦娴幕瘜W(xué)成份高一些,在溫度不太高的預(yù)熱的高度會影響燒結(jié),最終會影響粉塵的穩(wěn)定性。
    第二個(gè)是空心粉,所有的粉末都是一個(gè)實(shí)心球,但是你如果再進(jìn)行進(jìn)一步的分析,你會發(fā)現(xiàn)有很多的空心的粉,各種各樣的空心的粉,這個(gè)是比較規(guī)則的,空心粉就會導(dǎo)致3D打印零部件形成大量的麻點(diǎn)狀的缺陷,相當(dāng)一部分的原因是來自于粉末里面的空心的缺陷,在打印的過程中,它里面的氣體沒有辦法快速熔化和凝固的過程中統(tǒng)一。
    所以我們對3D打印粉末的要求,我們要關(guān)注這兩個(gè)點(diǎn),我們需要控制微型粉和空心粉,我們可以通過工藝的調(diào)整,可以采用不同的制粉的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
    現(xiàn)在主流的技術(shù)一個(gè)是氣侯化,一個(gè)是等離子熔絲(音譯)的技術(shù)。還有一個(gè)是小電解(音譯)的技術(shù)。
    這三種技術(shù)粉末的情況差別很大的,我們要關(guān)注前面的兩個(gè)優(yōu)勢,一個(gè)是微型粉很少,幾乎在這個(gè)市場中看不到,帶來的好處是流動(dòng)性,還有一個(gè)縱深的密度都會是最好的狀態(tài)。二是空心粉,測算下來它的統(tǒng)計(jì)率查得比較遠(yuǎn),氣侯化是0.2%,具體表現(xiàn)出來靈驗(yàn)的準(zhǔn)確率也差了很多。
    PREP技術(shù)具有成本低、效率高、粉末球體高,空心率小,純度高等優(yōu)點(diǎn),是制備高品質(zhì)球形金屬粉末的重要的技術(shù)之一。
    這個(gè)原來實(shí)現(xiàn)起來有兩種途徑,最開始是源自于國外的,美國的轉(zhuǎn)移弧形的等離子的技術(shù),還有一個(gè)是俄羅斯的等離子的技術(shù),主要是等離子的槍的結(jié)構(gòu)不一樣,分離的結(jié)構(gòu)不一樣。國內(nèi)的這兩種形式都有,這兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)比較高。
    國內(nèi)這個(gè)技術(shù)最早是西北有色金屬研究院學(xué)習(xí)美國的技術(shù)做的第一臺的設(shè)備,當(dāng)時(shí)受到限制只能做到80轉(zhuǎn),后來這個(gè)技術(shù)我們院里面的老人和技術(shù)的人員,慢慢的在全國的很多的地方,包括寶雞、長沙、咸陽、北京開支散葉。過內(nèi)我們統(tǒng)計(jì)有28臺全旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。
    我們有三系列的(圖示)。(圖示)這個(gè)設(shè)備我們杭州有一臺。
    (圖示)設(shè)備安全和環(huán)保的問題是我們設(shè)計(jì)和制造過程中所關(guān)注的一個(gè)非常重要的點(diǎn),以前的時(shí)候在設(shè)計(jì)的過程中我們要關(guān)注這個(gè),但是沒有細(xì)細(xì)的縷。
    這個(gè)設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)一年有一二十噸的產(chǎn)量,這是一個(gè)霧化池,至今有兩三米都有,整個(gè)粉末的霧化的過程都是在這個(gè)里面完成的,然后霧化完了之后有一個(gè)收集罐,然后進(jìn)行下一步粉末的處理,要實(shí)現(xiàn)這個(gè)還要有配套,比如說這是一個(gè)真空的系統(tǒng),先抽真空,這樣的話我們可以控制粉末有非常低的氧含量,我們可以做到二三十個(gè)PTM的水平,鈦合金的話最低可以達(dá)到50個(gè)PTM左右。對面有一個(gè)等離子箱,有一個(gè)棒子的旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu),剩下的就是控制的設(shè)備,整個(gè)是在地面以上的。
    (圖示)這個(gè)設(shè)備包括七個(gè)方面:
    霧化室及收粉系統(tǒng)、等離子槍裝置、傳動(dòng)裝置組件、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)。
    這個(gè)設(shè)備里面有比較友好的操作的界面的,所有的操作都是觸摸的,我們所以操作所有點(diǎn)藍(lán)色都是可以觸摸來,后臺有一套自動(dòng)的控制邏輯和控制的算法來可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作,也可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的操作。
    這個(gè)設(shè)備這幾個(gè)系統(tǒng)里面涉及到設(shè)備安全和環(huán)保的問題還是有很多的,主要是講五個(gè)方面的內(nèi)容:霧化室及收粉系統(tǒng)、等離子槍裝置、傳動(dòng)裝置組件、氣體系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)。
    霧化室的風(fēng)險(xiǎn),夏天天氣比較熱的時(shí)候,有一些品種的粉末是不生產(chǎn)的。為什么?它太危險(xiǎn)了,會爆炸,會然繞,一千度會把整個(gè)路爐壁給燒穿了。為了控制這些風(fēng)險(xiǎn)我做了一些措施:
    一是要按照壓力容器的等級設(shè)計(jì),我要它承受這種比較平凡的負(fù)壓和正壓的循環(huán)的過程,保證它的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,中間還要做冷卻的事,所有的等離子我們要產(chǎn)生300千瓦的能量,這個(gè)能量怎么樣帶出去,然后在里面進(jìn)行冷卻的設(shè)計(jì),這個(gè)冷卻設(shè)計(jì)是在霧化池雙壁里面進(jìn)行部署。另外還要防爆口的設(shè)計(jì),還有一個(gè)是氧含量的監(jiān)測,人有可能要進(jìn)入到社別里面或者說維修、清理,氧含量的監(jiān)測可以保證人進(jìn)入之前是安全的。還有要保證人在設(shè)備運(yùn)行過程中氧的含量沒有波動(dòng),如果說波動(dòng)大了我們就有增加氧含量的風(fēng)險(xiǎn)。還有粉末的安全的防護(hù),它不能暴露在空氣中。那么我們怎么樣在空氣中防止他暴露呢?我們的方式是全程的保護(hù),等它冷下來拆下來到另外一個(gè)地方,我們把它閥門打開之后對另外一個(gè)進(jìn)行閥門的處理,這樣的話可以避免活性度比較高的,粉末很細(xì)的粉末的污染和爆炸的危險(xiǎn)這方面的問題。
    第二個(gè)方面?zhèn)鹘y(tǒng)組件,大家有機(jī)會可以到西安去感受一下,這個(gè)設(shè)備是有噪音的,而且有危險(xiǎn)的。還有積極防護(hù)的措施,我們的方式是從整個(gè)設(shè)計(jì)上降低它的噪音。
    第三個(gè)是等離子槍裝置:大電流、低電壓,異常情況自動(dòng)緊急關(guān)停,人是一定要帶防護(hù)眼睛的。
    第四個(gè)方面是氣體系統(tǒng),對充氣自動(dòng)控制,對高壓進(jìn)行控制。
    第五個(gè)方面是電氣及控制系統(tǒng),在開機(jī)檢查,過程循環(huán)檢查,報(bào)警及停機(jī)。無碳粉污染,低摩擦,高穩(wěn)定大電流供電。
    我們也在持續(xù)的改進(jìn),因?yàn)檠芯吭簭?008年開始做,我們遇到新的3D打印問題之后,從2014年開始做針對3D打印新一代設(shè)備的開發(fā),做了一些已經(jīng)交付了用得不錯(cuò)了,我們最新的做到1.2萬轉(zhuǎn)。
    請大家多多支持,謝謝!

    提問:你剛才講得比較詳細(xì),總體看下來在這個(gè)設(shè)備商,因?yàn)槭菍儆谔胤N設(shè)備的范疇,比如說有壓力容器和防爆的要求,但是我認(rèn)為在防爆這一塊可以有一個(gè)改變,你現(xiàn)在是控制氧的含量,爆炸的話三個(gè)條件,一個(gè)是金屬的空氣形成的混合的氣體,一個(gè)是爆炸物,一個(gè)是氧氣。我不知道你在電路這一塊的控制是怎么樣的。
    另外,它作為有限的空間你想進(jìn)去維修的時(shí)候,你有監(jiān)測氧含量的監(jiān)測,但是一般的從安全管理的要求來說,先通風(fēng)再進(jìn)行監(jiān)測,有這么一個(gè)程序的,通風(fēng)這一塊設(shè)計(jì)上沒有設(shè)計(jì)的話,要有彌補(bǔ)。但是在見監(jiān)測這一塊是有害氣體,而不是氧含量的監(jiān)測。我們空間中的氧也是不到20%,但是到底氧含量夠了,但是空氣中有有害的氣體,怎么辦?在這個(gè)設(shè)計(jì)思路上是可以改變的,包括在噪音這個(gè)地方,因?yàn)樵胍羰菍儆诃h(huán)保這一塊的,噪音的具體的分貝是多少?

    朱紀(jì)磊:防爆是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮的問題,整個(gè)設(shè)備里面,比如說開關(guān),還有一些電機(jī),這些對防爆有要求的,我們采用的是特種信號的防爆的設(shè)備。
    關(guān)于氧含量的監(jiān)測,實(shí)際上我們這個(gè)行業(yè)里面大家比較習(xí)慣用氧含量的監(jiān)測,比如說在梅日尼亞(音譯)我們只做了氧含量的監(jiān)測,我們用了高醇的氧氣,所以說這個(gè)氧氣里面在生產(chǎn)過程中,除了氧,別的含量雜質(zhì)很小,我們監(jiān)測氧只是讀取它設(shè)備內(nèi)部氧含量的一個(gè)手段。一旦要進(jìn)去我們有一個(gè)程序,比說爐子里面充滿的氧氣,我們要多次抽真空放行,開完之后靜止20分鐘或者說兩個(gè)小時(shí),人才能近進(jìn)去。這個(gè)是有嚴(yán)格的過程的。
    噪音的問題我們現(xiàn)在是在80多分貝,在處理之前可能是110—105這么一個(gè)區(qū)間。



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