RU2691468C1 - Установка для получения детали из металлического порошкового материала - Google Patents
Установка для получения детали из металлического порошкового материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691468C1 RU2691468C1 RU2018134452A RU2018134452A RU2691468C1 RU 2691468 C1 RU2691468 C1 RU 2691468C1 RU 2018134452 A RU2018134452 A RU 2018134452A RU 2018134452 A RU2018134452 A RU 2018134452A RU 2691468 C1 RU2691468 C1 RU 2691468C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder material
- metal powder
- layer
- metallic powder
- feeders
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 43
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оборудованию для получения детали методом селективного лазерного спекания с применением поверхностно-пластического деформирования и ультразвуковой обработки. Установка для получения детали из металлического порошкового материала содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала, два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала. С одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала дополнительно установлен ультразвуковой генератор, к которому подключен встроенный в манипулятор магнитострикционный ультразвуковой преобразователь со сферическим твердосплавным наконечником. Обеспечивается повышение когезионной прочности и изотропии физико-механических свойств детали. 1 ил.
Description
Изобретение относится к оборудованию для получения детали методом селективного лазерного спекания с применением поверхностно-пластического деформирования и ультразвуковой обработки.
Известны различные аналоги установок для получения деталей из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии, спекающие (сплавляющие) детали из порошков, и состоящие, в основном, из лазерно-оптической системы, рабочей камеры с вертикально подвижным столом, механизмов вертикальной подачи порошка из бункера-питателя и горизонтальной подачи порошка в рабочую камеру с последующим выравниванием ножами или валиками и спеканием каждого его слоя, с системами вакуумирования. очистки и защиты газовой среды, системой управления и т.д. (установки моделей «Phenix 250» (Франция). EOSINTS 750 (Германия), Concept М2 (Германия), патент US №6215093 В1, опубл. 10.04.2001).
Недостатком данных установок является низкое качество послойного формирования детали, в виду низкой эффективности лазерной обработки, зависящей от толщины формируемого слоя и снижающейся по мере удаления от верхней поверхности слоя в глубину к нижней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала. Это приводит к неполному оплавлению металлического порошка находящегося на нижней поверхности сформированного слоя и снижает прочность детали в направлении вдоль формирования детали и приводит к анизотропии физико-механических свойств. Увеличение мощности лазера при лазерной обработке или времени воздействия приводит к выгоранию частиц на верхней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала, что делает невозможным получения детали из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии.
В качестве прототипа взят патент US №20090206065 A1 опубл. 20.08.2009. Установка содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала.
Недостатком данной установки является низкое качество послойного формирования детали, в виду низкой эффективности лазерной обработки, зависящей от толщины формируемого слоя и снижающейся по мере удаления от верхней поверхности слоя в глубину к нижней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала. Как следствие это приводит к неполному оплавлению металлического порошка находящегося на нижней поверхности сформированного слоя, что снижает прочность детали в направлении вдоль формирования детали и приводит к анизотропии физико-механических свойств. Увеличение мощности лазера при лазерной обработке или времени воздействия приводит к выгоранию частиц на верхней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала, что делает невозможным получения детали из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии.
Задачей изобретения является усовершенствование установки для получения детали из металлического порошкового материала, позволяющее повысить качество послойного формирования детали и обеспечить формирование детали с высокими физико-механическими и прочностными свойствами.
Техническим результатом является повышение когезионной прочности и изотропии физико-механических свойств детали.
Технический результат достигается тем, что установка для получения детали из металлического порошкового материала содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала, при этом с одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала дополнительно установлены ультразвуковой генератор, к которому подключен, встроенный в манипулятор магнитострикционный ультразвуковой преобразователь со сферическим твердосплавным наконечником.
При формировании детали с применением аддитивной технологии послойного наращивания из металлического порошкового материала в результате снижения эффективности воздействия лазера в зависимости от толщины формируемого слоя, происходит неполное оплавление частиц металлического порошкового материала расположенных ниже частиц расположенных на поверхности слоя, на которую воздействует лазер. В результате неполного оплавления частиц поверхности слоя сопрягаемой с предыдущим слоем значения когезионной прочности между, как правило, слоями значительно ниже, чем вдоль формирования слоев. В результате чего физико-механические свойства детали ниже вдоль направления формирования детали, чем в вдоль направления формирования слоя. Такое явление называется анизотропией и является нежелательным, так как снижает физико-механические свойства получаемой детали в целом.
Повышение мощности лазера или длительности его воздействия на формируемый слой для создания условия полного оплавления частиц металлического порошкового материала расположенных ниже поверхности слоя, на которую воздействует лазер, приводит к выгоранию частиц металлического порошкового материала находящихся на поверхности слоя, на которую воздействует лазер. В результате чего получить деталь на данной установке с заданными размерами в пределах допускаемых отклонений в размерах или форме детали становится невозможным или вообще невозможно получить деталь на данной установке.
Для повышения межслойной когезионной прочности между формируемыми слоями детали необходимо создания условий для термодиффузионного массопереноса между слоями. Для обеспечения процесса термодиффузионного массопереноса установка дополнительно снабжена манипулятором с магнитострикционным ультразвуковым преобразователем с твердосплавным наконечником, который имеет сферическую форму, и подключенным к ультразвуковому генератору. Так при послойном формировании детали, из металлического порошкового материала после воздействия лазером на слой металлического порошкового материала начиная со второго слоя, осуществляют дополнительную обработку слоев сферическим твердосплавным наконечником, колеблющимся с ультразвуковой частотой. В результате такого воздействия атомам частиц слоев сообщается дополнительная энергия, и они переходят в возбужденное состояние, в результате чего создаются условия для процесса термодиффузионного массопереноса между слоями, что приводит к повышению когезионной прочности не только вдоль направления формирования детали - межслойная когезионная прочность, но и вдоль направления формирования слоя, и как следствие повышение физико-механических свойств детали, а также получение детали обладающих изотропией физико-механических свойств.
На фиг. 1 изображена установка для получения деталь из металлического порошкового материала, которая состоит из камеры 1, в верхней части которой установлены оптическая система 2 и механизм лазерной обработки 3. В нижней части камеры 1 размещена станина 4, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик 5, два контейнера для сбора металлического порошкового материала 6 и два питателя для подачи металлического порошкового материала 7, и строительной платформой 8. Строительная платформа 8 выполнена с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями для подачи металлического порошкового материала 7 системы осаждения металлического порошкового материала. При этом с одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала 6 дополнительно установлены ультразвуковой генератор 11, к которому подключен, встроенным в манипулятор 9, магнитострикционный ультразвуковой преобразователь со сферическим твердосплавным наконечником 10.
Установка для получения детали из металлического порошкового материала работает следующим образом: отпускают строительную платформу 8 на величину формируемого первого слоя, на которую при помощи ролика 5 доставляют металлический порошковый материал из питателя для подачи металлического порошкового материала 7, где его выравнивают и уплотняют, а излишки металлического порошкового материала, оставшиеся при формировании слоя на строительной платформе 8, при помощи ролика 5 транспортируют в контейнер для сбора металлического порошкового материала 6. После чего генерируют лазерный луч в механизме лазерной обработки 3, который направляют в оптическую систему 2. При помощи луча по заданной траектории осуществляют сплавление металлического порошкового материала и формирование контура детали на первом слое.
После начинают нанесение второго слоя - отпускают строительную платформу 8 на величину формируемого второго слоя, на которую при помощи ролика 5 доставляют металлический порошковый материал из питателя для подачи металлического порошкового материала 7, где его выравнивают и уплотняют, а излишки металлического порошкового материала, оставшиеся при формировании слоя на строительной платформе 8, при помощи ролика 5 транспортируют в контейнер для сбора металлического порошкового материала 6. После чего генерируют лазерный луч в механизме лазерной обработки 3, который направляют в оптическую систему 2. При помощи луча по заданной траектории осуществляют сплавление металлического порошкового материала и формирование контура детали на втором слое. Затем после обработки лазерным лучом, второй слой формируемой детали дополнительно подвергают ультразвуковой обработке, магнитострикционным ультразвуковым преобразователем со сферическим твердосплавным наконечником, установленным в манипулятор 9, которые повторяют траекторию движения лазерного луча. Магнитострикционный ультразвуковой преобразователь со сферическим твердосплавным наконечником 10, колеблется с ультразвуковой частотой, которую задают при помощи ультразвукового генератора 11, воздействуя на слой.
Формирование третьего и последующих слоев детали осуществляют аналогично технологии нанесения и обработки второго слоя.
Claims (1)
- Установка для получения деталей из металлического порошкового материала, содержащая камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, а в нижней части размещена станина с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала, отличающаяся тем, что с одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала установлен ультразвуковой генератор, к которому подключен манипулятор со встроенным магнитострикционным ультразвуковым преобразователем со сферическим твердосплавным наконечником.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134452A RU2691468C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134452A RU2691468C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691468C1 true RU2691468C1 (ru) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018134452A RU2691468C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691468C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728375C1 (ru) * | 2020-01-24 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания |
| CN113102861A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-13 | 重庆大学 | 一种具有随焊超声振动和碾压特征的电弧增材制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104135C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1998-02-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Устройство для лазерной наплавки |
| US20090206065A1 (en) * | 2006-06-20 | 2009-08-20 | Jean-Pierre Kruth | Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing |
| RU2550670C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-05-10 | Рустем Халимович Ганцев | Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления |
| WO2018128827A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for controlling microstructure of additively manufactured components |
-
2018
- 2018-09-28 RU RU2018134452A patent/RU2691468C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104135C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1998-02-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Устройство для лазерной наплавки |
| US20090206065A1 (en) * | 2006-06-20 | 2009-08-20 | Jean-Pierre Kruth | Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing |
| RU2550670C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-05-10 | Рустем Халимович Ганцев | Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления |
| WO2018128827A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for controlling microstructure of additively manufactured components |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728375C1 (ru) * | 2020-01-24 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания |
| CN113102861A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-13 | 重庆大学 | 一种具有随焊超声振动和碾压特征的电弧增材制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11548070B2 (en) | Additive manufacturing system with ultrasonic inspection and method of operation | |
| RU2691468C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| US10926336B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| EP3102390B1 (en) | A self-monitoring additive manufacturing system and method of operation | |
| EP3102389B1 (en) | An additive manufacturing system with a multi-laser beam gun and method of operation | |
| EP3137285B1 (de) | Pulverbettbasiertes additives fertigungsverfahren und anlage zur durchführung dieses verfahrens | |
| EP2988892B1 (en) | Method for forming a three dimensional article | |
| RU2008133769A (ru) | Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления | |
| DK3142980T3 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING ARTIFICALLY BROKEN OR CRUSHED SAND USING HEAT TREATMENT USING SAND IN THE FORM OF FINE SAND AND / OR ROUND SAND AS BASIC MATERIAL | |
| JP6273578B2 (ja) | ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法 | |
| CN106735208A (zh) | 大尺寸复杂结构金属零件的增材制造方法 | |
| CN104010750A (zh) | 用于粉末基增材制造的机器和方法 | |
| CN103495729A (zh) | 大尺寸钛铝基合金的激光立体成形方法 | |
| WO2019074107A1 (ja) | 粉末供給装置および三次元積層造形装置 | |
| KR101906553B1 (ko) | 와이퍼 및 롤러 구조를 이용한 분말 공급 방식을 갖는 3d 레이저 프린터 장치 | |
| KR101936495B1 (ko) | 분말 공급 호퍼 내부의 회전 롤러를 이용한 3d 프린터 장치 | |
| EP3517276B1 (en) | Method for additively manufacturing a three-dimensional object | |
| CN108380871B (zh) | 一种基于感应加热的纳米金属粉末三维打印成型方法 | |
| JP2020537602A (ja) | 付加製造装置用の造形プラットフォーム案内装置 | |
| RU2702532C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| RU2691469C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| JP2020143365A (ja) | 砕片粒子を用いた付加製造の方法 | |
| RU164759U1 (ru) | Рабочая камера устройства для изготовления деталей послойным лазерным спеканием | |
| Lewis | Direct laser metal deposition process fabricates near-net-shape components rapidly | |
| RU2733520C1 (ru) | Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200929 |