RU2212982C2 - Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) - Google Patents
Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212982C2 RU2212982C2 RU2000120948A RU2000120948A RU2212982C2 RU 2212982 C2 RU2212982 C2 RU 2212982C2 RU 2000120948 A RU2000120948 A RU 2000120948A RU 2000120948 A RU2000120948 A RU 2000120948A RU 2212982 C2 RU2212982 C2 RU 2212982C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- powder
- layers
- powder compositions
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии лазерного синтеза объемных изделий (ЛСОИ) из порошковых композиций. Способ включает подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев формируемого объемного изделия, причем пространственно-переменные, заранее заданные свойства материала в объеме изделий получают в первом варианте путем управляемой подачи порошковых композиций переменного состава в зону лазерной обработки, а во втором - путем динамического изменения параметров лазерной обработки от слоя к слою, например, мощности лазерного излучения, скорости, способа сканирования. Изобретение позволяет получать объемные изделия методом селективного лазерного спекания (СЛС) с пространственно-переменными, заранее заданными свойствами материала в объеме изделия. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологии лазерного синтеза объемных изделий (ЛСОИ) из порошковых композиций.
Известны различные способы реализации ЛСОИ макетов деталей машин. Одним из наиболее развитых и имеющих широкие перспективы является метод селективного лазерного спекания (СЛС) порошковых композиций (J.Beaman, С. Dackard 'Selective laser sintering with assist powder handing', USA Patent 4938816, 3 Jule 1990). Имеются предложения по использованию в качестве порошкового материала для СЛС многокомпонентных смесей порошков с существенно различающимися физическими свойствами, например металл-полимер (Шишковский И.В., Куприянов Н. Л. , Петров А.Л. "Условия послойного селективного спекания по контуру металлополимерных композиций при лазерном воздействии" // Физика и химия обработки материалов, 1995, 3, с. 88), металлы (Oliver Graydon "Jets of molten metal make industrial parts" //Opto & Laser Europe, 1988, February), металл-керамика (Bourell D.L., Marcus H.L., Barlow J.W., Beamen J.J. "Selective laser sintering of metals and ceramic" // Inter. J. Powder Metal. 1992. V.28. 4. С. 369-381).
Также известен способ изготовления объемных изделий из порошковой композиции (Шишковский И. В. , Куприянов Н.Л., Патент России 2145269, B 22 F 3/105), включающий последовательное послойное размещение порошковой композиции в станке для СЛС, обработку каждого слоя лазерным излучением (ЛИ) по заданному контуру и извлечение полученного изделия из станка с удалением порошковой композиции, не принявшей участия в формировании объемного изделия. Однако по этому способу возможно изготовление изделий из металлополимерных порошковых композиций с однородными по объему свойствами.
Прототипом заявляемого изобретения является способ изготовления объемных изделий из порошковых композиций (Гуреев Д.М., Петров А.Л., Шишковский И.В., "Селективное лазерное спекание биметаллических порошковых композиций" // Физика и химия обработки материалов, 1997, 6, с.92), состоящий из подачи порошковой композиции и лазерной обработки элементов формируемого изделия. Недостатком этого способа является невозможность получения изделий с переменными по объему свойствами.
Однако представляется перспективным еще на уровне компьютерной визуализации в среде САПР (система автоматизированного проектирования), заранее определять структуру спекаемых объектов и геометрическое расположение материала компонент, их составляющих. Это позволит формировать объемные изделия, структура и свойства которых изменяются в зависимости от направления, а также зависят от координаты в выбранном направлении.
Задачей заявляемого изобретения является получение методом селективного лазерного спекания объемных изделий с пространственно-переменными, заранее заданными свойствами материала в объеме изделия.
Это достигается тем, что в способе лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающем подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев, пространственно-переменные заранее заданные свойства материала в объеме формируемого изделия получают путем управляемой подачи порошковых композиций переменного состава.
Также возможен и второй вариант, когда эта задача достигается тем, что в способе лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающем подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев, пространственно-переменные заранее заданные свойства материала в объеме формируемого изделия получают путем динамического изменения параметров лазерной обработки (например, мощности лазерного излучения, скорости и способа сканирования) в процессе изготовления изделия.
Для заявляемого технического решения и его признаков характерны следующие отличительные свойства: подача в зону лазерной обработки и размещение компонент порошковой композиции есть не механически повторяющийся процесс, как это было свойственно всем предыдущим технологическим решениям по СЛС, а заранее определенный и рассчитанный на стадии компьютерного проектирования процесс формирования новых свойств. Технически эти условия выполняется посредством
- введения в технологический стенд для СЛС устройств распределения порошковых компонент по спекаемой лазерным излучением поверхности, использующих различные методы нанесения (селективное размещение в отдельных участках поверхности или распределение по всей поверхности изделия);
- реализации движения лазерного луча по определенной траектории и дозирования уровня ЛИ в каждой точке обрабатываемой поверхности.
- введения в технологический стенд для СЛС устройств распределения порошковых компонент по спекаемой лазерным излучением поверхности, использующих различные методы нанесения (селективное размещение в отдельных участках поверхности или распределение по всей поверхности изделия);
- реализации движения лазерного луча по определенной траектории и дозирования уровня ЛИ в каждой точке обрабатываемой поверхности.
Принципиальным моментом при реализации заявляемого технического решения является выбор материала порошковых компонент синтезируемого объемного изделия. Эти компоненты должны обладать свойством припекаемости или химического сродства, что определяется их диаграммами состояния, условиями лазерного воздействия и возможностью совмещения в едином процессе компактирования кроме процесса спекания и других процессов, как например, склеивание, пайка, химическая реакция и т.д. Кроме того, дисперсность порошка и диаметр пучка лазерного излучения должны быть соразмерны.
Предлагаемый способ изготовления объемных изделий реализован в следующих примерах:
Пример 1. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Для приготовления порошковых смесей использовался никелевый наплавочный порошок ПГ-СР4 (ПН) на основе (Ni, Cr, В, Si) сплава с размером фракции < 63 мкм, который механически смешивали с порошком поликарбоната ЛЭТ-7.0 (ПК) с размером фракции <63 мкм до равномерного распределения. Составлялись металлополимерные композиции следующего состава:
1 - ПН+ПК = 10:1 ; 2 - ПН+ПК = 12:1; 3 - ПН+ПК = 16:1; 4 - ПН+ПК = 20:1; 5 - ПН+ПК = 22:1
Синтез объемного изделия осуществлялся воздействием непрерывного расфокусированного излучения YAG-Nd лазера (диаметр луча dл=2,5 мм, мощность ЛИ Р= 18,2 Вт, скорость сканирования v=17,3 cм/c). На первом этапе на подложку наносились и спекались 10 слоев порошковой композиции 1. На следующих этапах к уже спеченным слоям последовательно наносились и припекались порошковые слои композиций 2... 5 (по 10 слоев каждой композиции). В результате использования в одном процессе порошковых смесей с разным композиционным составом достигались изменения теплофизических свойств и пористости материала в плоскости, параллельной направлению послойного роста изделия.
Пример 1. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Для приготовления порошковых смесей использовался никелевый наплавочный порошок ПГ-СР4 (ПН) на основе (Ni, Cr, В, Si) сплава с размером фракции < 63 мкм, который механически смешивали с порошком поликарбоната ЛЭТ-7.0 (ПК) с размером фракции <63 мкм до равномерного распределения. Составлялись металлополимерные композиции следующего состава:
1 - ПН+ПК = 10:1 ; 2 - ПН+ПК = 12:1; 3 - ПН+ПК = 16:1; 4 - ПН+ПК = 20:1; 5 - ПН+ПК = 22:1
Синтез объемного изделия осуществлялся воздействием непрерывного расфокусированного излучения YAG-Nd лазера (диаметр луча dл=2,5 мм, мощность ЛИ Р= 18,2 Вт, скорость сканирования v=17,3 cм/c). На первом этапе на подложку наносились и спекались 10 слоев порошковой композиции 1. На следующих этапах к уже спеченным слоям последовательно наносились и припекались порошковые слои композиций 2... 5 (по 10 слоев каждой композиции). В результате использования в одном процессе порошковых смесей с разным композиционным составом достигались изменения теплофизических свойств и пористости материала в плоскости, параллельной направлению послойного роста изделия.
Пример 2. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Наплавочный порошок ПГ-СР4 на основе (Ni, Cr, В, Si) сплава и размером фракции <63 мкм смешивали механически с порошком полиамида П12 с размером фракции < 63 мкм в весовой пропорции 4:1 до равномерного распределения. Обработка осуществлялась сканированием непрерывного сфокусированного излучения YAG-Nd лазера (dл=90 мкм, Р=5 Вт, v=6 см/с) по поверхности последовательно наносимых слоев порошка. Структура первых 10 слоев состоит из спеченных продольных полосок шириной 2 мм и расстоянием между ними 1,5 мм. Затем менялось направление сканирования и припекались следующие 10 слоев с поперечным расположением полосок. Посредством последовательного чередования схем сканирования достигалась структурная анизотропия в направлении послойного роста изделия и в сечении, параллельном плоскости обработки.
Пример 3. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Наплавочный порошок на основе латуни ПГ-19М-01 с размером фракции < 63 мкм, порошок оловянно-свинцового припоя ПОССУ-30-2 с размером фракции <50 мкм, порошок канифоли с размером фракции < 50 мкм смешивали механически в весовой пропорции 6:4:0,1 до равномерного распределения. Обработка осуществлялась воздействием непрерывного сфокусированного излучения YAG-Nd лазера (dл=90 мкм, Р=11 Вт) по поверхности наносимых порошковых слоев. Структура каждого слоя представляет собой спеченные чередующиеся полоски шириной 4 мм. Обработка контактирующих полосок осуществлялась с разной скоростью (16 см/с и 8 см/с соответственно). В результате разогрева соседних областей до разных температур достигалось изменение пористости и, соответственно, теплофизических свойств.
Изделия из этих новых анизотропных и градиентных материалов, изготовленные по предлагаемому способу, могут найти широкое применение в различных областях техники и технологии, например, в качестве фильтров для нефтяной и газовой промышленности, в различных химических и медицинских технологиях синтеза новых соединений. Спрогнозированное изменение электрических и/или магнитных свойств материалов по направлениям может быть полезным при изготовлении деталей радиоэлектроники и электротехники.
Claims (2)
1. Способ лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающий подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев формируемого объемного изделия, отличающийся тем, что пространственно-переменные, заранее заданные свойства материала в объеме изделий получают путем управляемой подачи порошковых композиций переменного состава в зону лазерной обработки.
2. Способ лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающий подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев формируемого объемного изделия, отличающийся тем, что пространственно-переменные, заранее заданные свойства материала в объеме изделий получают путем динамического изменения параметров лазерной обработки от слоя к слою, например, мощности лазерного излучения, скорости, способа сканирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120948A RU2212982C2 (ru) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120948A RU2212982C2 (ru) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2212982C2 true RU2212982C2 (ru) | 2003-09-27 |
RU2000120948A RU2000120948A (ru) | 2004-02-27 |
Family
ID=29776513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000120948A RU2212982C2 (ru) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2212982C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521126C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения алюмосиликатного огнеупорного материала |
RU2590431C2 (ru) * | 2013-02-28 | 2016-07-10 | ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН | Способ изготовления гибридного компонента |
RU2621095C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-05-31 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
US11207827B2 (en) | 2017-03-29 | 2021-12-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Energy dosing for additive manufacturing |
RU2795957C1 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ создания объемного изделия на основе гетерогенного материала с заданными физико-механическими характеристиками посредством управляемого лазерного воздействия |
-
2000
- 2000-08-11 RU RU2000120948A patent/RU2212982C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Физика и химия обработки материалов, №3, 1995, с. 88. * |
Физика и химия обработки материалов, №6, 1997, с.92. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521126C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения алюмосиликатного огнеупорного материала |
RU2621095C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-05-31 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
US9770781B2 (en) | 2013-01-31 | 2017-09-26 | Siemens Energy, Inc. | Material processing through optically transmissive slag |
RU2590431C2 (ru) * | 2013-02-28 | 2016-07-10 | ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН | Способ изготовления гибридного компонента |
US9764423B2 (en) | 2013-02-28 | 2017-09-19 | Ansaldo Energia Ip Uk Limited | Method for manufacturing a hybrid component |
US11207827B2 (en) | 2017-03-29 | 2021-12-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Energy dosing for additive manufacturing |
RU2795957C1 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ создания объемного изделия на основе гетерогенного материала с заданными физико-механическими характеристиками посредством управляемого лазерного воздействия |
RU2810141C1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-12-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ изготовления изделия из никелевых сплавов с управляемой переменной структурой |
RU2821638C1 (ru) * | 2023-06-30 | 2024-06-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ аддитивного формирования изделия с комбинированной структурой из жаропрочного никелевого сплава с высокотемпературным подогревом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2000120948A (ru) | 2004-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aboulkhair et al. | Selective laser melting of aluminum alloys | |
Guo et al. | Effects of scanning parameters on material deposition during Electron Beam Selective Melting of Ti-6Al-4V powder | |
Simchi et al. | Direct laser sintering of iron–graphite powder mixture | |
Cherry et al. | Investigation into the effect of process parameters on microstructural and physical properties of 316L stainless steel parts by selective laser melting | |
Simchi | The role of particle size on the laser sintering of iron powder | |
Taha et al. | On selective laser melting of ultra high carbon steel: Effect of scan speed and post heat treatment | |
Simchi et al. | Effects of laser sintering processing parameters on the microstructure and densification of iron powder | |
Simchi et al. | Densification and microstructural evaluation during laser sintering of M2 high speed steel powder | |
Morgan et al. | High density net shape components by direct laser re-melting of single-phase powders | |
CN104507601B (zh) | 金属制品的制造 | |
Li et al. | 316L stainless steel with gradient porosity fabricated by selective laser melting | |
RS65004A (en) | Refractory metal and alloy refining by laser forming and melting | |
Zhang et al. | Influences of processing parameters on dilution ratio of laser cladding layer during laser metal deposition shaping | |
KR101869523B1 (ko) | 분말 및 포일을 이용한 재료 용착 | |
Long et al. | Influence of laser scanning speed on the formation property of laser brazing diamond coating | |
WO2017136588A1 (en) | Methods and systems for fabrication using multi-material and precision alloy droplet jetting | |
RU2217266C2 (ru) | Способ изготовления объёмных изделий из биметаллических порошковых композиций | |
Seo et al. | Effect of track spacing on porosity of metallic foam fabricated by laser melting deposition of Ti6Al4V/TiH2 powder mixture | |
RU2212982C2 (ru) | Способ лазерного синтеза объемных изделий (варианты) | |
Xue et al. | Direct manufacturing of net-shape functional components/test-pieces for aerospace, automotive, and other applications | |
Seo et al. | Effects of process parameters on properties of porous foams formed by laser-assisted melting of steel powder (AISI P21)/foaming agent (ZrH2) mixture | |
Lauder et al. | Three dimensional printing: surface finish and microstructure of rapid prototyped components | |
Chadha et al. | Dual-metal laser powder bed fusion of iron-and cobalt-based alloys | |
Ghosh et al. | Selective laser sintering: a case study of tungsten carbide and cobalt powder sintering by pulsed Nd: YAG laser | |
Stašić et al. | Densification behavior of 316L-NiB stainless steel powder and surface morphology during selective laser melting process using pulsed Nd: YAG laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070812 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100320 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160812 |