来源：威拉里
粉末需求现状
金属3D打印是当前热门的新兴行业，凭借其技术上的数字化、网络化、定制化特点，已经应用在航空航天、医疗、军工等高端产业。金属3D打印被认为是推动第三次工业革命的重要力量，我们国家在该技术上的发展已经处于世界先进水平，并以惊人的速度高速发展。
随着国内外大尺寸打印设备陆续问世，单批次粉末的需求量提升到以往的3~5倍，这对于制粉装备的容量和稳定性，以及粉末的管理提出了更高的要求。
△3D打印图 △3D打印图
制粉设备现状
目前热门的高温合金、模具钢、铝合金、钴铬合金等粉末，绝大多数都是用VIGA工艺生产的，国内粉末供应商的单台设备大都在250kg以内，按照单班2炉左右的效率生产，生产效率整体偏低。进口设备可以做到单炉1t甚至更高，但其动辄2000万的价格和两三年的交期，再加上国际贸易形势严峻将导致采购难度增加，进口设备注定会被快速发展的国产设备逐步取代。
△设备图
提高单炉容量面临的困难
按照常规经验，提高单炉的容量可以有效的提高整体产量，但在实际生产中要达到这一目标往往非常困难，主要难点如下。
（1）生产效率
由于VIGA设备需要抽真空和惰性气体置换的特点，目前并没有稳定可靠的方案进行连续生产，无论大小设备，主要使用半连续的间歇式生产。当设备容量增大时，熔炼所使用的线圈、坩埚和保护层等会相应增大，在前一炉结束后，需要的冷却时间更长，且坩埚修补量和难度都会大幅增加，导致单位时间内的生产炉数减少，不仅不能大幅增加总体产量，甚至可能因此减少产量。
△批量生产的GH4169（InConel 718）镍基高温合金粉末
（2）高温耐久性
除了熔炼坩埚和线圈，导流和雾化系统也是影响设备容量的重要因素之一。目前绝大多数VIGA设备都是使用“中间包+雾化器”的结构，即中间包坩埚底部开孔与导流管连接，导流管再插入雾化器中，与雾化器形成超音速喷口。金属液在中间包坩埚中进行适当保温，而后流经导流管进入雾化器，在喷口处与雾化器喷出的高压高速气体相遇，被破碎并冷却成球形粉末。
由于整个雾化过程要持续15~30min，期间有100~200kg的高温金属液流过，过程中对于整个导流系统和雾化系统的容错率几乎为零，一但出现堵口、漏液、返气等情况，会立即造成停产甚至安全事故，这对于相应组件尤其是导流管的性能有非常苛刻的要求。目前的导流管材质多数是氮化硼基体添加强化材料，具有良好的抗热震性，但不耐冲刷，当雾化时间过长或金属液流速过快时，这种导流管的内流道很容易冲刷变形，甚至整体断裂，无法应用于大容量设备。
△添加不同强化材料的复合氮化硼喷嘴
（3）辅助组件
提高容量不仅需要对熔炼、导流和雾化系统进行全面的升级优化，对其他组件也提出了更高的要求。
例如，为了精准控制工艺，需要在雾化过程中对熔炼坩埚和中间包坩埚内的金属液进行实时控温，热电偶可以精确测温但无法长时间工作，而常用的双谱线红外测温则会因为炉内长时间熔炼产生的烟雾产生很大的误差。
△正在雾化时，经过熔炼在线除烟系统处理后的熔炼室
雾化时间的加长还会导致炉体、管道和旋风分离器的温度持续上升，需要增加更多路的冷却水保证这些组件和设备的稳定性；雾化前后段排出气体的温度、流量、风压等相应参数都会变化，也需要布袋除尘器能够实时调节对应参数。
总结
提高设备的单炉产量是提高VIGA工艺制粉产能的有效途径，但并不是简单的将熔炼坩埚增大就能够达到目的，还需要对设备整体进行全面的升级来与之匹配。
我公司技术研发人员已经成功攻克上文提到的难点，设计出单班产能3~4炉、单炉350kg的VIGA设备，并已建成投入使用，可以有效的缓解公司产能不足的问题。更大的500kg级设备也已经进入验证阶段。
△公司最新型350kg级VIGA设备 但随着金属3D打印市场的蓬勃发展，单批次粉末的需求量和总需求量还会持续大幅上升，更大单炉容量的设备势必会成为主流的制粉装备。
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