西安賽隆朱紀(jì)磊：基于熱等離子體的PREP制粉裝備

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�不是做增材制造��,，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�的上面的化學(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,，后臺有一套自動的控制邏輯和控制的算法來可以實(shí)現(xiàn)手動操作，也可以實(shí)現(xiàn)全自動的操作,。
    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,，如果說波動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,。