西安赛隆朱纪磊：基于热等离子体的PREP制粉装备

2018AMCC杭州大会的高峰论坛，“增材制造标准化及设施安全论坛”。南极熊3D打印网小编现场聆听了专家们的演讲。



主持人：下面有请朱纪磊：西安赛隆金属材料有限责任公司副总经理，主题：基于热等离子体的PREP制粉装备。


    朱纪磊：各位好，今天我想向各位介绍一下基于热等离子的PREP制粉装备的情况。
    为什么我们需要PREP的技术，然后它的设备的现状，再有是PREP设备安全和环保的保护。
    做这个报告的压力很大，以前老是做技术的方面，关于设备的防护是第一次讲。
    严格意义来说它不属于增材制造的设备，因为它不是做增材制造的，但是它又是增材制造环节里面一个必须的设备，这个设备除了增材制造用，也可以用在喷涂上面点。但是因为3D打印是最关键的环节，它会影响后续的工艺，所以大家对制粉技术，制粉设备也非常的关注，这两年的发展的速度也非常的快。
    3D打印对金属粉末的要求还是很高的，前两年的的时候国内的粉末是要求进口的，这两年稍微好一些。
    比如同样的要用粉末，要是用进口的话，会好多。如果用国产的话，会差很多。
    （图示）这是一个大的颗粒的粉末，旁边多出来的一椭就叫微型粉，它会影响到整个粉尘的均匀性，影响到整个组织的均匀性。微型粉末会造成粉尘，比较实现好的打印的质量的控制。
    还有一个对电子书来说，它有一个特点或者说工艺的过程是预热的技术，有微型粉的情况，对它进行预热，就会导致粉尘信号液向结合固晶的过程，因为它的上面的化学成份高一些，在温度不太高的预热的高度会影响烧结，最终会影响粉尘的稳定性。
    第二个是空心粉，所有的粉末都是一个实心球，但是你如果再进行进一步的分析，你会发现有很多的空心的粉，各种各样的空心的粉，这个是比较规则的，空心粉就会导致3D打印零部件形成大量的麻点状的缺陷，相当一部分的原因是来自于粉末里面的空心的缺陷，在打印的过程中，它里面的气体没有办法快速熔化和凝固的过程中统一。
    所以我们对3D打印粉末的要求，我们要关注这两个点，我们需要控制微型粉和空心粉，我们可以通过工艺的调整，可以采用不同的制粉的技术来实现。
    现在主流的技术一个是气侯化，一个是等离子熔丝（音译）的技术。还有一个是小电解（音译）的技术。
    这三种技术粉末的情况差别很大的，我们要关注前面的两个优势，一个是微型粉很少，几乎在这个市场中看不到，带来的好处是流动性，还有一个纵深的密度都会是最好的状态。二是空心粉，测算下来它的统计率查得比较远，气侯化是0.2%，具体表现出来灵验的准确率也差了很多。
    PREP技术具有成本低、效率高、粉末球体高，空心率小，纯度高等优点，是制备高品质球形金属粉末的重要的技术之一。
    这个原来实现起来有两种途径，最开始是源自于国外的，美国的转移弧形的等离子的技术，还有一个是俄罗斯的等离子的技术，主要是等离子的枪的结构不一样，分离的结构不一样。国内的这两种形式都有，这两个技术指标比较高。
    国内这个技术最早是西北有色金属研究院学习美国的技术做的第一台的设备，当时受到限制只能做到80转，后来这个技术我们院里面的老人和技术的人员，慢慢的在全国的很多的地方，包括宝鸡、长沙、咸阳、北京开支散叶。过内我们统计有28台全旋转的电机。
    我们有三系列的（图示）。（图示）这个设备我们杭州有一台。
    （图示）设备安全和环保的问题是我们设计和制造过程中所关注的一个非常重要的点，以前的时候在设计的过程中我们要关注这个，但是没有细细的缕。
    这个设备是工业生产一年有一二十吨的产量，这是一个雾化池，至今有两三米都有，整个粉末的雾化的过程都是在这个里面完成的，然后雾化完了之后有一个收集罐，然后进行下一步粉末的处理，要实现这个还要有配套，比如说这是一个真空的系统，先抽真空，这样的话我们可以控制粉末有非常低的氧含量，我们可以做到二三十个PTM的水平，钛合金的话最低可以达到50个PTM左右。对面有一个等离子箱，有一个棒子的旋转的机构，剩下的就是控制的设备，整个是在地面以上的。
    （图示）这个设备包括七个方面：
    雾化室及收粉系统、等离子枪装置、传动装置组件、真空系统、冷却系统、气体系统、电气及控制系统。
    这个设备里面有比较友好的操作的界面的，所有的操作都是触摸的，我们所以操作所有点蓝色都是可以触摸来，后台有一套自动的控制逻辑和控制的算法来可以实现手动操作，也可以实现全自动的操作。
    这个设备这几个系统里面涉及到设备安全和环保的问题还是有很多的，主要是讲五个方面的内容：雾化室及收粉系统、等离子枪装置、传动装置组件、气体系统、电气及控制系统。
    雾化室的风险，夏天天气比较热的时候，有一些品种的粉末是不生产的。为什么？它太危险了，会爆炸，会然绕，一千度会把整个路炉壁给烧穿了。为了控制这些风险我做了一些措施：
    一是要按照压力容器的等级设计，我要它承受这种比较平凡的负压和正压的循环的过程，保证它的结构的稳定性，中间还要做冷却的事，所有的等离子我们要产生300千瓦的能量，这个能量怎么样带出去，然后在里面进行冷却的设计，这个冷却设计是在雾化池双壁里面进行部署。另外还要防爆口的设计，还有一个是氧含量的监测，人有可能要进入到社别里面或者说维修、清理，氧含量的监测可以保证人进入之前是安全的。还有要保证人在设备运行过程中氧的含量没有波动，如果说波动大了我们就有增加氧含量的风险。还有粉末的安全的防护，它不能暴露在空气中。那么我们怎么样在空气中防止他暴露呢？我们的方式是全程的保护，等它冷下来拆下来到另外一个地方，我们把它阀门打开之后对另外一个进行阀门的处理，这样的话可以避免活性度比较高的，粉末很细的粉末的污染和爆炸的危险这方面的问题。
    第二个方面传统组件，大家有机会可以到西安去感受一下，这个设备是有噪音的，而且有危险的。还有积极防护的措施，我们的方式是从整个设计上降低它的噪音。
    第三个是等离子枪装置：大电流、低电压，异常情况自动紧急关停，人是一定要带防护眼睛的。
    第四个方面是气体系统，对充气自动控制，对高压进行控制。
    第五个方面是电气及控制系统，在开机检查，过程循环检查，报警及停机。无碳粉污染，低摩擦，高稳定大电流供电。
    我们也在持续的改进，因为研究院从2008年开始做，我们遇到新的3D打印问题之后，从2014年开始做针对3D打印新一代设备的开发，做了一些已经交付了用得不错了，我们最新的做到1.2万转。
    请大家多多支持，谢谢！

    提问：你刚才讲得比较详细，总体看下来在这个设备商，因为是属于特种设备的范畴，比如说有压力容器和防爆的要求，但是我认为在防爆这一块可以有一个改变，你现在是控制氧的含量，爆炸的话三个条件，一个是金属的空气形成的混合的气体，一个是爆炸物，一个是氧气。我不知道你在电路这一块的控制是怎么样的。
    另外，它作为有限的空间你想进去维修的时候，你有监测氧含量的监测，但是一般的从安全管理的要求来说，先通风再进行监测，有这么一个程序的，通风这一块设计上没有设计的话，要有弥补。但是在见监测这一块是有害气体，而不是氧含量的监测。我们空间中的氧也是不到20%，但是到底氧含量够了，但是空气中有有害的气体，怎么办？在这个设计思路上是可以改变的，包括在噪音这个地方，因为噪音是属于环保这一块的，噪音的具体的分贝是多少？

    朱纪磊：防爆是整个系统设计的时候要考虑的问题，整个设备里面，比如说开关，还有一些电机，这些对防爆有要求的，我们采用的是特种信号的防爆的设备。
    关于氧含量的监测，实际上我们这个行业里面大家比较习惯用氧含量的监测，比如说在梅日尼亚（音译）我们只做了氧含量的监测，我们用了高醇的氧气，所以说这个氧气里面在生产过程中，除了氧，别的含量杂质很小，我们监测氧只是读取它设备内部氧含量的一个手段。一旦要进去我们有一个程序，比说炉子里面充满的氧气，我们要多次抽真空放行，开完之后静止20分钟或者说两个小时，人才能近进去。这个是有严格的过程的。
    噪音的问题我们现在是在80多分贝，在处理之前可能是110—105这么一个区间。