西安賽隆朱紀磊：基于熱等離子體的PREP制粉裝備

2018AMCC杭州大會的高峰論壇，“增材制造標準化及設施安全論壇”。南極熊3D打印網小編現(xiàn)場聆聽了專家們的演講。



主持人：下面有請朱紀磊：西安賽隆金屬材料有限責任公司副總經理，主題：基于熱等離子體的PREP制粉裝備。


    朱紀磊：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，然后它的設備的現(xiàn)狀，再有是PREP設備安全和環(huán)保的保護。
    做這個報告的壓力很大，以前老是做技術的方面，關于設備的防護是第一次講。
    嚴格意義來說它不屬于增材制造的設備，因為它不是做增材制造的，但是它又是增材制造環(huán)節(jié)里面一個必須的設備，這個設備除了增材制造用，也可以用在噴涂上面點。但是因為3D打印是最關鍵的環(huán)節(jié)，它會影響后續(xù)的工藝，所以大家對制粉技術，制粉設備也非常的關注，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，前兩年的的時候國內的粉末是要求進口的，這兩年稍微好一些。
    比如同樣的要用粉末，要是用進口的話，會好多。如果用國產的話，會差很多。
    （圖示）這是一個大的顆粒的粉末，旁邊多出來的一橢就叫微型粉，它會影響到整個粉塵的均勻性，影響到整個組織的均勻性。微型粉末會造成粉塵，比較實現(xiàn)好的打印的質量的控制。
    還有一個對電子書來說，它有一個特點或者說工藝的過程是預熱的技術，有微型粉的情況，對它進行預熱，就會導致粉塵信號液向結合固晶的過程，因為它的上面的化學成份高一些，在溫度不太高的預熱的高度會影響燒結，最終會影響粉塵的穩(wěn)定性。
    第二個是空心粉，所有的粉末都是一個實心球，但是你如果再進行進一步的分析，你會發(fā)現(xiàn)有很多的空心的粉，各種各樣的空心的粉，這個是比較規(guī)則的，空心粉就會導致3D打印零部件形成大量的麻點狀的缺陷，相當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，我們要關注這兩個點，我們需要控制微型粉和空心粉，我們可以通過工藝的調整，可以采用不同的制粉的技術來實現(xiàn)。
    現(xiàn)在主流的技術一個是氣侯化，一個是等離子熔絲（音譯）的技術。還有一個是小電解（音譯）的技術。
    這三種技術粉末的情況差別很大的，我們要關注前面的兩個優(yōu)勢，一個是微型粉很少，幾乎在這個市場中看不到，帶來的好處是流動性，還有一個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)計率查得比較遠，氣侯化是0.2%，具體表現(xiàn)出來靈驗的準確率也差了很多。
    PREP技術具有成本低、效率高、粉末球體高，空心率小，純度高等優(yōu)點，是制備高品質球形金屬粉末的重要的技術之一。
    這個原來實現(xiàn)起來有兩種途徑，最開始是源自于國外的，美國的轉移弧形的等離子的技術，還有一個是俄羅斯的等離子的技術，主要是等離子的槍的結構不一樣，分離的結構不一樣。國內的這兩種形式都有，這兩個技術指標比較高。
    國內這個技術最早是西北有色金屬研究院學習美國的技術做的第一臺的設備，當時受到限制只能做到80轉，后來這個技術我們院里面的老人和技術的人員，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。過內我們統(tǒng)計有28臺全旋轉的電機。
    我們有三系列的（圖示）。（圖示）這個設備我們杭州有一臺。
    （圖示）設備安全和環(huán)保的問題是我們設計和制造過程中所關注的一個非常重要的點，以前的時候在設計的過程中我們要關注這個，但是沒有細細的縷。
    這個設備是工業(yè)生產一年有一二十噸的產量，這是一個霧化池，至今有兩三米都有，整個粉末的霧化的過程都是在這個里面完成的，然后霧化完了之后有一個收集罐，然后進行下一步粉末的處理，要實現(xiàn)這個還要有配套，比如說這是一個真空的系統(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PTM的水平，鈦合金的話最低可以達到50個PTM左右。對面有一個等離子箱，有一個棒子的旋轉的機構，剩下的就是控制的設備，整個是在地面以上的。
    （圖示）這個設備包括七個方面：
    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)。
    這個設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藍色都是可以觸摸來，后臺有一套自動的控制邏輯和控制的算法來可以實現(xiàn)手動操作，也可以實現(xiàn)全自動的操作。
    這個設備這幾個系統(tǒng)里面涉及到設備安全和環(huán)保的問題還是有很多的，主要是講五個方面的內容：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)。
    霧化室的風險，夏天天氣比較熱的時候，有一些品種的粉末是不生產的。為什么？它太危險了，會爆炸，會然繞，一千度會把整個路爐壁給燒穿了。為了控制這些風險我做了一些措施：
    一是要按照壓力容器的等級設計，我要它承受這種比較平凡的負壓和正壓的循環(huán)的過程，保證它的結構的穩(wěn)定性，中間還要做冷卻的事，所有的等離子我們要產生300千瓦的能量，這個能量怎么樣帶出去，然后在里面進行冷卻的設計，這個冷卻設計是在霧化池雙壁里面進行部署。另外還要防爆口的設計，還有一個是氧含量的監(jiān)測，人有可能要進入到社別里面或者說維修、清理，氧含量的監(jiān)測可以保證人進入之前是安全的。還有要保證人在設備運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險。還有粉末的安全的防護，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，等它冷下來拆下來到另外一個地方，我們把它閥門打開之后對另外一個進行閥門的處理，這樣的話可以避免活性度比較高的，粉末很細的粉末的污染和爆炸的危險這方面的問題。
    第二個方面?zhèn)鹘y(tǒng)組件，大家有機會可以到西安去感受一下，這個設備是有噪音的，而且有危險的。還有積極防護的措施，我們的方式是從整個設計上降低它的噪音。
    第三個是等離子槍裝置：大電流、低電壓，異常情況自動緊急關停，人是一定要帶防護眼睛的。
    第四個方面是氣體系統(tǒng)，對充氣自動控制，對高壓進行控制。
    第五個方面是電氣及控制系統(tǒng)，在開機檢查，過程循環(huán)檢查，報警及停機。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，因為研究院從2008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打印新一代設備的開發(fā)，做了一些已經交付了用得不錯了，我們最新的做到1.2萬轉。
    請大家多多支持，謝謝！

    提問：你剛才講得比較詳細，總體看下來在這個設備商，因為是屬于特種設備的范疇，比如說有壓力容器和防爆的要求，但是我認為在防爆這一塊可以有一個改變，你現(xiàn)在是控制氧的含量，爆炸的話三個條件，一個是金屬的空氣形成的混合的氣體，一個是爆炸物，一個是氧氣。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去維修的時候，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，先通風再進行監(jiān)測，有這么一個程序的，通風這一塊設計上沒有設計的話，要有彌補。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？在這個設計思路上是可以改變的，包括在噪音這個地方，因為噪音是屬于環(huán)保這一塊的，噪音的具體的分貝是多少？

    朱紀磊：防爆是整個系統(tǒng)設計的時候要考慮的問題，整個設備里面，比如說開關，還有一些電機，這些對防爆有要求的，我們采用的是特種信號的防爆的設備。
    關于氧含量的監(jiān)測，實際上我們這個行業(yè)里面大家比較習慣用氧含量的監(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，所以說這個氧氣里面在生產過程中，除了氧，別的含量雜質很小，我們監(jiān)測氧只是讀取它設備內部氧含量的一個手段。一旦要進去我們有一個程序，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分鐘或者說兩個小時，人才能近進去。這個是有嚴格的過程的。
    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這么一個區(qū)間。