Устройство для получения порошков для аддитивных технологий

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области  получения металлических порошков для аддитивных технологий из проволочного или пруткового материала.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство для получения порошков для аддитивных технологий, предусматривающее использование трех одинаковых плазмотронов для распыления расплавляемой концевой части подаваемого пруткового или проволочного расходуемого материала (WO 201105413 (А), дата публикации 12.05.2011). В данном известном средстве несколько плазмотронов располагают равномерно по окружности и направляют струи плазмы на концевую часть расходуемого материала так, чтобы все указанные струи плазмы сходились в концевой части расходуемого материала. Данное известное устройство не обеспечивает стабильного диапазона дисперсности порошка.
Сущность полезной модели
Задача, решаемая настоящей полезной моделью, состоит в повышении качества металлического порошка для аддитивных технологий.
В ходе решения указанной задачи, достигается следующий технический результат: повышение стабильности размера частиц и качества (сферичности) металлического порошка для аддитивных технологий, получаемого в процессе плазменной атомизации, за счет повышения стабильности положения расходуемого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для получения порошков для аддитивных технологий содержит устройство подачи расходуемого материала в зону плазменной обработки, три плазмотрона, расположенные равномерно по окружности так, что струи плазмы от упомянутых плазмотронов направлены под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемого участка, при этом расходуемый материал является анодом, оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство содержит три стержня из тугоплавкого материала для фиксации концевой части   расходуемого материала.
Указанный технический результат достигается также тем, что питание электрических дуг плазмотронов осуществляют постоянным током.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является исключение столкновения расплавленных частиц в нескольких струях плазмы и стабильное положение распыляемого участка расходуемого материала в процессе получения металлического порошка методом плазменной атомизации.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 и 2 показана конструкция устройства в зоне плазменной обработки.
Осуществление полезной модели
В аддитивных технологиях изготовления деталей на 3D-принтерах из порошковых металлических материалов методом послойного лазерного спекания частиц (SLS), выборочного лазерного плавления (SLM) или в технологии изготовления тонкопленочных покрытий путем атомно-слоевого осаждения частиц (ALD) используются порошки от ультрадисперсных (0,01-0,1 мкм) до крупных (250-1000 мкм), частицы которых обладают узким диапазоном дисперсности, исключающим частицы наноразмерного диапазона (размер частицы менее 0,001 мкм). Наличие частиц наноразмерного диапазона и недопустимо крупных частиц в указанных выше аддитивных технологиях может значительно снизить качество изделий, изготавливаемых из металлических порошков.  Для аддитивных технологий широко применяются металлические порошки среднеплавких сплавов АМг6, Ti-6Fl-4V, Inconel 625, 2Х18Н10Т заданного узкого диапазона дисперсности.
Настоящая полезная модель реализует способ получения порошков для аддитивных технологий, который состоит в том, что используют три плазмотрона, которые располагают равномерно по окружности. В качестве расходуемого материала используют проволоку или прутки, которые подают в зону плазменной обработки. Образуется электрическая дуга и струи плазмы от плазмотронов направляют под углом к оси подачи расходуемого материала и по касательной к поверхности распыляемого участка так, что оси струй плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала и ось каждой струи плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии.
Использование струй плазмы, которые не пересекают ось расходуемого материала, исключает столкновение расплавленных частиц в нескольких струях плазмы и обеспечивает стабильное положение распыляемого участка при обработке.
Для дополнительного усиления эффекта концевую часть   расходуемого материала фиксируют.
Устройство для осуществления способа получения порошков для аддитивных технологий содержит устройство подачи расходуемого материала в зону плазменной обработки, три плазмотрона 2, установленных в корпусе 1. Плазмотроны 2 расположены равномерно по окружности так, что струи 5 плазмы от плазмотронов 2 направлены под углом к оси подачи расходуемого материала 4 и по касательной к поверхности распыляемого участка. Расходуемый материал 4 выполняют анодом.
Оси струй 5 плазмы не пересекаются между собой, а ось подачи расходуемого материала 4 и ось каждой струи 5 плазмы образуют скрещивающиеся прямые линии.
Устройство может содержать три стержня 3 из тугоплавкого материала (например, вольфрама) для фиксации концевой части   расходуемого материала 4.
Питание электрических дуг плазмотронов целесообразно осуществить постоянным током.
Устройство работает следующим образом.
Расходный материал 4 в виде проволоки или прутка подают с помощью устройства подачи в зону плазменной обработки (зону атомизации). Возбуждают дуговой разряд в плазмотронах 2, формирующих не пересекающиеся струи 5 плазмы. Положительные выводы источников тока соединяют с плазмотронами 2, а отрицательные с расходуемым материалом 4. Под действием высокой температуры потока тепла, выделяющегося в месте контакта плазмы и материала 4, последний начинает плавиться, а механический импульс струй 5 плазмы отрывает капли расплава, из которых после охлаждения образуются частицы порошка. При использовании материала в виде проволоки в качестве анода, может быть создана температура необходимая только для плавления без его испарения, в отличие от варианта, при котором материал 4 используют в качестве катода. Этим достигается отсутствие паров материала, из которых потом образуются частицы наноразмерного диапазона. Далее полученные капли расплава охлаждаются и получается готовый продукт. В способе и устройстве может использоваться предварительный индукционный нагрев расходуемого маетриала 4.
Для усиления эффекта расходуемый материал 4 располагают между трех стержней 3 и удерживают его в центре зоны атомизации.
Исключение пересечения струй плазмы между собой и, следовательно, соударения распыляемых капель расплава обеспечивается наилучшее использование кинетической энергии и повышает качество металлического порошка для аддитивных технологий, получаемого из материала определенной группы сплавов в процессе плазменной атомизации, с расходуемым проволочным или стержневым, нагреваемым дугой электродом.
Данная полезная модель позволяет получать порошок заданного диапазона дисперсности без образования недопустимо крупных частиц и частиц нано размерности.