一體化粉體球化及分級方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種一體化粉體球化及分級方法，屬于粉體分級【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法將粉體放置于容器內(nèi)，并加入分散介質(zhì)；對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌；將粉體漿液緩慢滴至反應(yīng)釜體內(nèi)，反應(yīng)釜體裝有該粉體的不良溶劑；啟動分級反應(yīng)釜體的攪拌槳，使粉體球化為不同粒徑的球體；利用粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑；通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜體內(nèi)設(shè)置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；將球體混合液過濾、干燥，得到對應(yīng)的粒徑范圍的粉體。本方法具有普適性，能夠?qū)Π≒S、PA12等在內(nèi)的低熔點工程塑料粉體和常規(guī)的塑料粉體進(jìn)行球化；高球化率，達(dá)到95％以上；所得粉體粒徑分布窄，且分布均一。
【專利說明】一體化粉體球化及分級方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉體分級【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種一體化粉體球化及分級方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是目前先進(jìn)制造領(lǐng)域中研究的熱點，屬于多學(xué)科交叉匯聚和科技創(chuàng)新，體現(xiàn)出綠色制造、智能制造和社會化制造的特點。其研究成果已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、航空航天、模具、國防軍工、工業(yè)設(shè)計、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。歐美發(fā)達(dá)國家高度重視，認(rèn)為3D打印技術(shù)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等其他數(shù)字化制造技術(shù)一起推動第三次工業(yè)革命。各國也進(jìn)行了相應(yīng)的布局和政策引導(dǎo)，例如我國的《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》、《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，以及美國的《國家先進(jìn)制造戰(zhàn)略計劃》等。要實現(xiàn)3D打印技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，還需解決一系列的技術(shù)瓶頸問題，例如3D打印精度與效率、打印材料、打印設(shè)計以及打印裝備問題等。
[0003]目前3D打印的材料主要是金屬、聚合物以及復(fù)合材料為主的溶液、絲狀、棒狀以及粉體材料。材料方面，制約3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的最大瓶頸問題在于適合打印的材料種類少、價格昂貴、缺乏功能性。因此，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)需求，研究3D打印材料定向設(shè)計原理與方法，發(fā)展功能性打印材料制備技術(shù)，實現(xiàn)打印材料的規(guī)?；苽?，不僅對發(fā)展打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有重要的推動作用，也將對新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到十分重要的促進(jìn)作用。
[0004]在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的需求逐步增長，高球化率粉體材料是提高打印終端器件的精度和強(qiáng)度重要因素之一。以選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)為基礎(chǔ)的3D打印機(jī)，要求使用的粉體材料具有高球化率、超細(xì)粒徑和窄粒徑分布，以確保粉體材料在打印過程中的高流動性、高堆積密度和低空隙率。由于現(xiàn)有工程塑料細(xì)粉受制備工藝和理化性能的限制，粉體的球化和純化技術(shù)欠缺。以市售的粉體材料在顯微鏡下觀察，主要呈現(xiàn)出無規(guī)則的片狀、粒狀、塊狀或棒狀。在打印工藝中粉體體現(xiàn)為低流動性、低打印精度、低強(qiáng)度和易團(tuán)聚的特性；3D打印的器件容易出現(xiàn)中空、形變、坍塌等現(xiàn)象，不能滿足工業(yè)上對終端打印器件的精度和強(qiáng)度需求。
[0005]因此，粉體分級技術(shù)在粉體加工過程的中地位越來越重要。通常采用的分級方法可歸納為干法分級和濕法分級兩大類。干法分級的優(yōu)點是分級后的產(chǎn)品無須進(jìn)行干燥、再分散等后處理，因而能耗較低、操作簡便；其缺點是在目前條件下，分級產(chǎn)品的細(xì)度和粒度分布不夠理想，很難滿足3D打印技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。濕法分級的優(yōu)點是可獲得粒度很細(xì)的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品的粒度分布范圍可控制得比較窄。但濕法分級也存在缺點:對于最終成品要求是干態(tài)時，必須經(jīng)干燥和防團(tuán)聚處理，因而工藝較復(fù)雜，能耗較高；而對于最終產(chǎn)品要求是濕態(tài)、粒度很細(xì)且粒度分布很窄或分級物料為易燃易爆品時，采用濕法分級是合適的。
[0006]濕法分為:(I)靜電場濕法分級；(2)間斷離心濕法分級；(3)連續(xù)離心濕法分級方法。間斷離心濕法分級就是將被分級的超細(xì)粉體置于液體(如水)介質(zhì)中，粒子的表面經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗笠詥蝹€狀態(tài)均勻地分散于介質(zhì)中，然后將這種均勻的混合液間斷地加入離心機(jī)的腔體內(nèi)。啟動離心機(jī)，以設(shè)定的分離因素和分級時間對物料進(jìn)行分級，使得預(yù)計分出的大粒子全部沉降后，停止離心機(jī)，取出混合液，即可得到所需的細(xì)粒級產(chǎn)品。連續(xù)離心濕法分級與間斷離心濕法分級的原理、處理方法相同。分散均勻的固液混合物料被連續(xù)引入分級腔，在離心力的作用下，細(xì)粒子隨液相連續(xù)地從分級腔體設(shè)定的出口排出，粗粒子隨液相從另一出口排出。因而選擇不同的離心力場和工藝條件便可得到不同粒徑的產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種一體化粉體球化及分級方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種一體化粉體球化及分級方法，具體步驟如下:
[0010]I)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)；
[0011]2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌，形成粉體漿液；
[0012]3)將粉體楽:液緩慢滴至反應(yīng)爸體內(nèi)，所述反應(yīng)爸體裝有該粉體的不良溶劑；
[0013]4)啟動分級反應(yīng)釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體；
[0014]5)利用反應(yīng)釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑;
[0015]6)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜體內(nèi)設(shè)置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；
[0016]7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應(yīng)的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
[0017]進(jìn)一步的，所述反應(yīng)釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設(shè)置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進(jìn)行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設(shè)置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構(gòu)，且設(shè)置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
[0018]進(jìn)一步的，所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
[0019]進(jìn)一步的，對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為-20°C至150°C。
[0020]進(jìn)一步的，步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
[0021]進(jìn)一步的,步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
[0022]進(jìn)一步的，所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
[0023]進(jìn)一步的，粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
[0024]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:本方法具有普適性，能夠?qū)Π≒S、PA12等在內(nèi)的低熔點工程塑料粉體和常規(guī)的塑料粉體進(jìn)行球化；高球化率，達(dá)到95%以上；所得粉體粒徑分布窄，且分布均一。
[0025]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0027]圖1為本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法的流程示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法中的反應(yīng)釜體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為由收集頭所得PS粉體干燥后球體顯微鏡圖像；
[0030]圖中:1_攪拌槳；2_粒徑檢測儀；3_收集頭。

【具體實施方式】
[0031]以下是本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032]參照圖1，本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法的流程示意圖，步驟如下:
[0033]I)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)；
[0034]2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌，形成粉體漿液；
[0035]3)將粉體楽:液緩慢滴至反應(yīng)爸體內(nèi)，所述反應(yīng)爸體裝有該粉體的不良溶劑；
[0036]4)啟動分級反應(yīng)釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體；
[0037]5)利用反應(yīng)釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑;
[0038]6)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜體內(nèi)設(shè)置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；
[0039]7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應(yīng)的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
[0040]所述反應(yīng)釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設(shè)置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進(jìn)行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設(shè)置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構(gòu)，且設(shè)置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
[0041]所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
[0042]對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為_20°C至150°C。
[0043]步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
[0044]步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
[0045]所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
[0046]粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
[0047]實施例1
[0048]采用PS塑料粉體作為球化、分級的對象，首先將10份PS塑料粉體放置于圓底燒瓶內(nèi)，再往燒瓶內(nèi)加入20份的苯。對燒瓶內(nèi)的PS塑料粉體和苯進(jìn)行攪拌直至形成粉體漿液，攪拌速度控制在750轉(zhuǎn)/min左右，控制攪拌時的溫度為45°C。本方法還需要利用反應(yīng)釜體，參照圖2，反應(yīng)釜體包括筒體、攪拌槳1、粒徑檢測儀2和收集頭3，所述攪拌槳I豎直設(shè)置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進(jìn)行攪拌；所述粒徑檢測儀2的探頭設(shè)置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭3為可伸縮的中空桿狀結(jié)構(gòu)，且設(shè)置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。將PS粉體漿液緩慢地滴至反應(yīng)釜體內(nèi)，且反應(yīng)釜體裝有PS粉體的不良溶劑，將粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:800左右。啟動攪拌槳，并控制攪拌槳的攪拌速度在1200轉(zhuǎn)/min左右，使不同粒徑大小的粉體球化，球化后球體分布在不同層面不同中心半徑范圍內(nèi)。反應(yīng)釜體內(nèi)的收集頭可以上下、左右進(jìn)行移動，通過收集頭前端內(nèi)部設(shè)置的粒徑檢測儀的探頭可以檢測到不同分布情況的球體的粒徑大小。收集頭可以將不同粒徑范圍的球體混合液收集，并通過反應(yīng)釜體側(cè)壁內(nèi)的空腔管道排除，實現(xiàn)分級。
[0049]圖3為由收集頭所得PS粉體干燥后球體顯微鏡圖像，球體的粒徑為O?50 μ m。
[0050]實施例2
[0051]采用PA12塑料粉體作為球化、分級的對象；分散介質(zhì)采用四氫呋喃。將10份的PA12塑料粉體和20份的四氫呋喃加入到燒瓶內(nèi)，進(jìn)行攪拌，攪拌的速度控制在450轉(zhuǎn)/min，溫度控制在50°C。
[0052]通過攪拌后形成粉體漿液，將粉體漿液加入到反應(yīng)釜體內(nèi)，控制粉體與不良溶液的質(zhì)量比為1:500。啟動攪拌槳，攪拌槳的攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/min。攪拌后通過收集頭將不同粒徑范圍的球體混合液收集起來，并通過空腔管道排除筒體。粒徑檢測儀可以檢測到不同位置的球體粒徑大小，通過粒徑檢測儀就可以知曉收集到的不同位置的球體的粒徑范圍。
[0053]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:具體步驟如下: 1)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)； 2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌,形成粉體漿液； 3)將粉體衆(zhòng)液緩慢滴至反應(yīng)爸體內(nèi)，所述反應(yīng)爸體裝有該粉體的不良溶劑； 4)啟動分級反應(yīng)釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體； 5)利用反應(yīng)釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑； 6)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜體內(nèi)設(shè)置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液； 7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應(yīng)的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述反應(yīng)釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設(shè)置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進(jìn)行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設(shè)置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構(gòu)，且設(shè)置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進(jìn)行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為_20°C至150°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
【文檔編號】B29B9/00GK104149219SQ201410373153
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】張代軍, 譚陸西, 黎靜 申請人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院