RO130409B1 - Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete - Google Patents
Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete Download PDFInfo
- Publication number
- RO130409B1 RO130409B1 ROA201300736A RO201300736A RO130409B1 RO 130409 B1 RO130409 B1 RO 130409B1 RO A201300736 A ROA201300736 A RO A201300736A RO 201300736 A RO201300736 A RO 201300736A RO 130409 B1 RO130409 B1 RO 130409B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- ultrasound
- powder
- ultrasonic
- lid
- rapid manufacturing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
-
- 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
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/01—Other methods of shaping glass by progressive fusion or sintering of powdered glass onto a shaping substrate, i.e. accretion, e.g. plasma oxidation deposition
-
- 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
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/25—Solid
- B29K2105/251—Particles, powder or granules
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
Invenția se referă la un procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete.
Este cunoscut un procedeu de manufacturare rapidă folosind radiația laser, care constă în realizarea obiectului strat cu strat prin topirea locală a materialului aflat sub formă de pulbere, topire produsă de către fasciculul laser. Acest procedeu se mai numește sinterizare/topoire selectivă laser în cazul polimerilor, respectiv sinterizare laser directă a metalului în cazul metalelor. Fotopolimerizarea se poate desfășura ca un proces de fotopolimerizare fie cu un singur foton, fie cu doi fotoni. Brevetul US 6450393 B1 descrie o metodă de fabricație a pieselor tridimensionale, utilizând foi de material planar, sudate selectiv una peste cealaltă prin utilizarea ultrasunetelor.
De asemenea, este cunoscut un procedeu de manufacturare rapidă care constă în realizarea obiectului strat cu strat prin fotopolimerizarea locală, cu ajutorul unui fascicul luminos, a unui material, fotopolimerizare care se poate face cu absorbție de un foton sau absorbție de doi fotoni.
Dezavantajele procedeului cu sinterizare laser sunt:
- pentru fiecare clasă de materiale în parte, și anume polimeri, metale, ceramică, trebuie folosit un laser adecvat ca putere și lungime de undă;
- procesul de construcție este lent, deoarece trebuie depus fiecare strat, realizată sinterizarea laser și apoi continuat cu depunerea unui nou strat, procesul repetându-se până când obiectul dorit este realizat. în cazul polimerilor, fiecare strat trebuie pre-încălzit până aproape de temperatura de topire, proces care consumă timp;
- la ora actuală, nu se poate lucra decât cu un singur tip de material o dată, acesta putând fi simplu sau compozit;
- în cazul sinterizării laser a metalelor, este necesară realizarea de structuri suport care să împiedice deformarea piesei în timpul realizării, ca urmare a existenței gradientului termic.
Dezavantajele procedeului cu fotopolimerizare sunt:
- gama de materiale este destul de limitată, mai ales în cazul utilizării fotopolimerizării cu absorbție de doi fotoni;
- nu se lucrează decât cu un singur material o dată.
Problema pe care o rezolvă invenția constă în faptul că permite manufacturarea rapidă a unor piese cu geometrii complexe, dintr-o gamă largă de materiale, fără a fi necesară schimbarea echipamentului de lucru și fără a necesita structuri suport
Soluția propusă, conform invenției, elimină dezavantajele de mai sus prin faptul că, folosind un fascicul focalizat de ultrasunete, produce sudura locală a grăunților de pulbere și poate lucra în toată masa pulberii fără a mai fi necesară depunerea strat cu strat, în acest fel crescând viteza de construcție. în plus, sistemul de lucru se poate aplica pentru o gamă largă de materiale cum ar fi metale, ceramice, polimeri, cu condiția ca acestea să fie sudabile cu ultrasunete, iar în anumite situații, poate lucra cu mai multe materiale o dată.
Avantajele procedeului de manufacturare rapidă folosind fascicul de ultrasunete sunt;
- oferă un proces mai rapid de construcție 3D, nefiind necesară depunerea strat cu strat și eventuala pre-încălzire a fiecărui strat;
- se poate aplica unei game largi de materiale, fără a fi necesară modificarea în vreun fel a echipamentului de lucru;
- asigură o densitate a piesei realizate apropiată de cea a materialului de bază, datorită presării din timpul procesului de construcție;
- nu necesită realizarea de structuri suport, obiectul fiind încastrat în pulberea presată;
- în anumite condiții, permite realizarea de obiecte de tip multimaterial.
RO 130409 Β1
Dăm în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figura, care 1 reprezintă:
- figura: schița ansamblului utilizat pentru manufacturarea aditivă folosind ultrasunete 3 focalizate.
Procedeul, conform invenției, constă în sudura locală a grăunților de pulbere prin 5 focalizarea undelor ultrasonore într-un focar și baleierea acestui focar în masa de pulbere, focar în care are loc cel puțin unui dintre procesele de topire locală, topire locală prin frecare 7 urmată de umplerea golurilor, înlăturarea asperităților grăunților, inter-difuzie locală între grăunții de pulbere, precum și alte fenomene care au loc la interfața dintre materiale atunci 9 când sunt supuse unui câmp ultrasonor, și conține următoarele etape:
- etapa 1: umplerea unei cuve 1 cu pulberea materialului 2 din care se dorește a fi 11 realizat obiectul;
- etapa 2: degazarea și eventuala uscare a pulberii respective. Acest pas se poate 13 realiza în vid ușor, presiunea fiind cuprinsă între 10'12 Torr și 0,1 Torr. Tot în aceasta etapă, cuva 1 conținând pulberea 2 poate fi vibrată un anumit interval de timp, în vederea așezării 15 mai compacte a pulberii, frecvența de vibrație a pulberii fiind cuprinsă între 2 Hz și 2 MHz, iar amplitudinea de vibrație fiind cuprinsă între 10 nm și 1 mm; 17
- etapa 3: aplicarea unui capac 3 deasupra pulberii 2 și presarea acesteia pe toată durata procesului de construcție cu o forță suficient de mare, dependentă de tipul de material 19 folosit și de proprietățile acestuia. Cuva 1 conținând pulberea 2 mai poate fi vibrată un anumit interval de timp și în cadrul acestei etape, cu capacul 3 se presează pulberea 2, parametrii 21 de vibrație fiind similari cu cei de la etapa 2;
- etapa 4: deasupra capacului 3 se toarnă un lichid 4 care are rolul de a crea o 23 adaptare de impedanță acustică între sursa 5, respectiv optica 6 de focalizare a ultrasunetelor, și capacul 3, astfel încât să se asigure un transfer optim de putere;25
- etapa 5: dacă este necesar, pulberea 2 poate fi încălzită până la o anumită temperatură pe durata procesului de construcție, dar fără a evapora sau fierbe lichidul 4;27
- etapa 6: se pornește sursa 5 de ultrasunete și se coboară optica 6 de focalizare astfel încât spotul de focalizare să se afle la baza cuvei 1 în material 2;29
- etapa 7: se scanează la înălțime constantă stratul respectiv de pulbere 2, realizându-se sudura locală cu ultrasunete a materialului. Puterea sursei 5 de ultrasunete poate 31 fi variată, fiind maximă acolo unde se dorește sudura locală a particulelor de pulbere 2;
- etapa 8: spotul de ultrasunete focalizate este mișcat pe verticală, de jos în sus, pe 33 o anumită distanță determinată de rezoluția spațială a spotului de ultrasunete - mai precis, de dimensiunea spotului focal și de puterea ultrasonoră a sursei 5 - cu ajutorul opticii 6 de 35 focalizare, astfel încât să se realizeze întregul obiect 7 3D, prin repetarea etapei 7. De asemenea, atunci când geometria obiectului 7 o permite, etapele 7 și 8 pot fi contopite 37 într-una singură. în plus, atunci când se dorește o rezoluție spațială cât mai bună, se lucrează cu o optică 6 acustică cu focală redusă/apertură numerică mare, focala putând fi 39 mai mică decât înălțimea totală a obiectului 7 care se dorește a fi construit. în acest caz, în cadrul etapei 1, cuva 1 se umple pe o înălțime egală cu cel mult focala opticii 6 acustice, 41 după care se trece la etapa 2. Obiectul 7 se construiește apoi conform etapelor 3...8, după care se repetă etapele 1...8 până când obiectul 7 este realizat în totalitate. Tot pe parcursul 43 etapei 8 poate fi folosită imagistica ultrasonoră cu ultrasunete de altă frecvență decât cea folosită pentru construcție, în scopul urmăririi în timp real a procesului de construcție 3D și 45 a identificării eventualelor erori de construcție. Imagistica ultrasonoră se poate realiza cu un sistem de tip ecOgraf amplasat în lateralul cuvei 1, fasciculul ultrasonor folosit pentru 47 imagistică propagându-se de exemplu la un unghi de 90 față de fasciculul ultrasonor folosit la construcția 3D a obiectului 7; 49
RO 130409 Β1
- etapa 9: după ce obiectul 7 a fost realizat, se lasă să se răcească lent, dacă acesta a fost încălzit în etapa 5;
- etapa 10: se scoate lichidul 4 de deasupra capacului 3. Dacă lichidul 4 este solid la temperatura ambiantă, se lasăsăse răcească, după care solidul rezultat se îndepărtează, dacă este necesar, de pe capacul 3;
- etapa 11: se scoate capacul 3;
- etapa 12: se scot obiectul 7 și pulberea 2 din cuva 1, obiectul 7 fiind curățat de eventuala pulbere rămasă pe el. Această curățare se poate realiza prin metode în sine cunoscute, de exemplu - dar fără a restrânge generalitatea - suflarea cu pulbere sau sablarea.
Capacul 3 este apăsat pe toată durata procesului de construcție a obiectului 7. Capacul 3 are suprafața de contact cu lichidul 4 microstructurată, astfel încât să se realizeze o adaptare acustică mai bună între lichidul 4 și capacul 3, dar, totodată, dimensiunea caracteristică microstructurării fiind mult mai mică decât lungimea de undă a ultrasunetelor folosite.
Dimensiunea grăunților de pulbere 2 este cuprinsă între 2 nm și 1 mm, grăunții putând avea toți aceeași dimensiune sau putând avea o distribuție oarecare după dimensiuni, de exemplu - dar fără a restrânge generalitatea - o distribuție gaussiană.
De asemenea, cuva 1 are pereți care nu reflectă ultrasunetele, pentru a preveni apariția de unde ultrasonore staționare în interiorul pulberii 2 pe durata de construire a obiectului 7.
Parametrii de lucru, care pot fi variați în funcție de materialul 2 utilizat și de proprietățile acestuia, sunt frecvența ultrasunetelor, puterea ultrasunetelor, dimensiunea spotului ultrasonor focalizat - dependent de lungimea de undă a ultrasunetelor în materialul 2 și de caracteristicile opticii 7 de focalizare, viteza de baleiere orizontală, respectiv verticală, a spotului ultrasonor focalizat și, respectiv, modul de funcționare al sursei 5 de ultrasunete, adică în undă continuă, cu modulare de intensitate sau în impulsuri. De asemenea, un alt parametru de lucru este forța de apăsare a capacului 3 pe pulbere 2. Pentru aplicarea acestei forțe se pot folosi procedee în sine cunoscute, forța fiind aplicată preferabil direct capacului 3 sau, în altă variantă, prin intermediul lichidului 4.
Baleierea spotului ultrasonor se poate face fie folosind elemente acordabiie/adaptive de optică acustică în cadrul sistemului optic 6 ultrasonor și, respectiv, sisteme de baleiere X-Y ale fasciculului ultrasonor, fie prin mișcarea X-Y-Z a sistemului optic 6 ultrasonor cu ajutorul unor elemente de translație în sine cunoscute. în acest ultim caz, mișcarea sistemului 6 de optică acustică prin lichidul 4 trebuie să se facă fără a afecta proprietățile acustice ale acestui lichid 4. De asemenea, se pot folosi mai multe surse 5 ultrasonore, între care există o relație de fază bine determinată în combinație cu o singură optică 6 ultrasonoră adaptivă. Variind diferența de fază dintre diferitele surse 5 și, respectiv, variind distanța focală a opticii 6 acustice, se poate obține o baleiere după cele trei direcții spațiale. Fiecare dintre sursele 5 uitra-acustice pot avea propria optică 6 ultrasonoră sau pot avea aceiași sistem 6 optic ultrasonor.
într-o altă variantă, se pot folosi un număr de N surse 5 ultrasonore independente, fiecare având propria optică 6 acustică și corelate între ele astfel încât, împreună, cele N spoturi focale de ultrasunete să construiască obiectul 7 în paralel, folosind unul dintre procedeele de baleiere menționate în paragraful anterior.
RO 130409 Β1
Frecvența ultrasunetelor poate avea valori cuprinse între 25 kHz și 10 GHz, puterea 1 ultrasunetelor poate avea valori cuprinse între 1 nW și 100 kW, dimensiunea spotului ultrasonor poate fi între 1 pm și 1 mm, viteza de baleiere orizontală poate avea valori 3 cuprinse între 1 pm/s și 100 m/s, viteza de baleiere verticală poate avea valori cuprinse între 1 μ/s și 1 m/s, iar forța de apăsare poate fi cuprinsă între 10 N și 100 MN. Valoarea forței de 5 apăsare poate varia în timpul procesului de construcție a obiectului 7, dacă este necesar.
Capacul 3, pulberea 2 și lichidul 4 trebuie să aibă viteze ale sunetului de valori 7 apropiate, astfel încât să nu apară, la interfețele de separare dintre ele, schimbarea tipului de unde ultrasonore, ci să se propage numai un singur tip de unde ultrasonore - numai 9 longitudinale sau numai transversale. Existența a două tipuri de unde ultrasonore implică apariția a două focare, din moment ce undele longitudinale și cele transversale au viteze de 11 propagare diferite.
Până acum am considerat căzui în care pulberea 2 este formată dintr-un singur 13 material, turnat în cuvă 1. în anumite situații, cuva se poate umple cu mai multe materiale 2, amplasate după modul în care este necesar pentru realizarea obiectului 7. Aceste 15 materiale 2 diferite trebuie să aibă câteva caracteristici, dintre care menționăm: fiecare dintre ele să poată fi sudate cu ultrasunete, să fie sudabile între ele, să aibă proprietăți acustice - 17 viteza sunetului - asemănătoare pentru a evita reflexiile și interferența undelor ultrasonore la interfața dintre ele, precum și să necesite puteri ultrasonore de sudare care să fie 19 apropiate ca ordin de mărime.
Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției. Astfel, cuva 1 este realizată 21 din oțel și are pereții microstructurați, iar pe exterior are un material absorbant de ultrasunete. în interior se introduce pulbere de aluminiu cu grăunți de dimensiuni micronice 23 și se umple cuva 1 până la vârf. Peste pulberea 2 de aluminiu se pune capacul 3 din oțel. Suprafața de deasupra, aflată în contact cu lichidul 4 care este apă, este microstructurată, 25 având niște piramide cu latura de 10 pm și înălțimea de 10 μητ Pe capacul 3 se aplică o forță de 100 kN. Sursa 5 de ultrasunete emite ultrasunete cu frecvența de 500 MHz, la o 27 putere de 100 W, în impulsuri cu durata de 1 ps și cu frecvența de repetiție de 100 kHz. Sistemul 6 optic ultrasonor focalizează ultrasunetele într-un spot cu mărimea de 10 μητ 29 Viteza de baleiere pe orizontală este de 10 cm/s. Viteza de baleiere pe verticală este de 1 mm/s. 31
Claims (15)
1. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform invenției, caracterizat prin aceea că respectivul procedeu constă în sudura locală a grăunților de pulbere prin focalizarea undelor ultrasonore într-un focar și baleierea acestui focar în masa de pulbere, astfel încât să se realizeze obiectul (7) în 3D, focar în care are loc cel puțin unul dintre procesele de topire locală, topire locală prin frecare urmată de umplerea golurilor, înlăturarea asperităților grăunților, inter-difuzie locală între grăunții de pulbere, precum și alte fenomene care au loc la interfața dintre materiale atunci când sunt supuse unui câmp ultrasonor, și conține următoarele etape:
- etapa 1: umplerea unei cuve (1) cu pulberea materialului (2) din care se dorește a fi realizat obiectul;
- etapa 2: degazarea și eventuala uscare a pulberii (2) respective; acest pas se poate realiza în vid, presiunea fiind cuprinsă între 10-12 Torr și 0,1 Torr; tot în această etapă, cuva (1): conținând pulbere (2) poate fi vibrată un anumit interval de timp, în vederea așezării compacte a pulberii, frecvența de vibrație a pulberii fiind cuprinsă între 2 Hz și 2 MHz, iar amplitudinea de vibrație fiind cuprinsă între 10 nm și 1 mm;
- etapa 3: aplicarea unui capac (3) deasupra pulberii (2) și presarea acesteia pe toată durata procesului de construcție cu o forță suficient de mare, dependentă de tipul de material folosit și de proprietățile acestuia; unde cuva (1) conținând pulberea (2) mai poate fi vibrată un anumit interval de timp și în cadrul acestei etape, unde capacul (3) presează pulberea (2), parametrii de vibrație fiind similari ca interval de valori din etapa 2;
- etapa 4: deasupra capacului (3) se toarnă un lichid (4) care are rolul de a crea o adaptare de impedanță acustică între sursă (5), respectiv optica (6) de focalizare a ultrasunetelor, și capac (3), astfel încât să se asigure un transfer optim de putere;
- etapa 5: pulberea (2) poate fi încălzită până la o anumită temperatură pe durata procesului de construcție, dar fără a evapora sau fierbe lichidul (4);
- etapa 6: se pornește sursa (5) de ultrasunete și se coboară optica (6) de focalizare astfel încât spotul de focalizare să se afle la baza cuvei (1) în material (2);
- etapa 7: se scanează la înălțime constantă stratul respectiv de pulbere (2), realizându-se sudura locală cu ultrasunete a materialului (2); puterea sursei (5) de ultrasunete poate fi variată pe durata procesului de construcție 3D a obiectului (7), variația acesteia ducând la variația dimensiunii spotului în care are loc sudura ultrasonoră;
- etapa 8: spotul de ultrasunete focalizate este mișcat pe verticală, de jos în sus, pe o anumită distanță determinată de rezoluția spațială a spotului de ultrasunete - mai precis, de dimensiunea spotului focal în care are loc sudarea, respectiv de puterea ultrasonoră a sursei (5) - cu ajutorul opticii (6) de focalizare, astfel încât să se realizeze întregul obiect (7) 3D, prin repetarea etapei 7; de asemenea, atunci când geometria obiectului (7) o permite, etapele 7 și 8 pot fi contopite într-una singură; în plus, atunci când se dorește o rezoluție spațială cât mai bună, se lucrează cu o optică (6) acustică cu focală redusă/apertură numerică mare, focala putând fi mai mică decât înălțimea totală a obiectului (7) care se dorește a fi construit; în acest caz, în cadrul etapei 1, cuva (1) se umple pe o înălțime egală cu cel mult focala opticii (6) acustice, după care se trece la etapa 2; obiectul (7) se construiește apoi conform etapelor 3...8, după care se repetă etapele 1...8 de un anumit număr de ori, până când obiectul (7) este realizat în totalitate; tot pe parcursul etapei 8 poate fi folosită imagistica ultrasonoră cu ultrasunete de altă frecvență decât cea folosită pentru construcție, în scopul urmăririi în timp real a procesului de construcție 3D și a identificării eventualelor erori de construcție; imagistica ultrasonoră se poate realiza cu un sistem (8) de tip ecograf amplasat în lateralul cuvei (1), fasciculul ultrasonor folosit pentru imagistică propagându-se, de exemplu, la un unghi de 90° față de direcția de propagare a fasciculului ultrasonor folosit la construcția 3D a obiectului (7);
RO 130409 Β1
- etapa 9: după ce obiectul (7) a fost realizat, se lasă să se răcească lent, dacă 1 acesta a fost încălzit în etapa 5;
- etapa 10: se scoate lichidul (4) de deasupra capacului (3); dacă lichidul (4) este 3 solid la temperatura ambiantă, se lasă să se răcească, după care solidul rezultat se îndepărtează, dacă este necesar, de pe capac (3); 5
- etapa 11: se scoate capacul (3);
- etapa 12: se scot obiectul (7) și pulberea (2) din cuva (1), obiectul (7) fiind curățat 7 de eventuala pulbere rămasă pe el; această curățare se poate realiza prin metode în sine cunoscute cum ar fi, de pildă - dar fără a restrânge generalitatea - suflarea cu gaz sub 9 presiune, suflarea cu gaz sub presiune în amestec cu pulbere, suflarea cu lichid sub presiune sau sablarea. 11
2. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că respectiva cuvă (1) are pereți 13 care nu reflectă ultrasunetele, pentru a preveni apariția de unde ultrasonore staționare în interiorul pulberii (2) pe durata de construire a obiectului (7). 15
3. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că respectivul capac (3) are 17 suprafața microstructurată, fiind în contact cu lichidul (4), astfel încât să se realizeze o adaptare acustică mai bună între lichid (4) și capac (3), dar, totodată, dimensiunea 19 caracteristică microstructurării fiind mult mai mică decât lungimea de undă a ultrasunetelor folosite. 21
4. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că lichidul (4) poate fi lichid la 23 temperatura ambiantă sau, Într-un alt caz, poate fi solid, iar solidul respectiv va trebui topit prin procedee în sine cunoscute înainte de a trece la etapa 5. 25
5. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că baleierea spotului ultrasonor 27 se poate face fie folosind elemente acordabile/adaptive de optică acustică în cadrul sistemului optic (6) ultrasonor și, respectiv, sisteme de baleiere X-Y ale fasciculului 29 ultrasonor, fie prin mișcarea X-Y-Z a ansamblului format din sursa (5) și sistemul optic (6) ultrasonor cu ajutorul unor elemente de translație în sine cunoscute - în acest ultim caz, 31 mișcarea ansamblului format din sursa (5) și sistemul (6) de optică acustică prin lichid (4) trebuind să se facă fără a afecta proprietățile acustice ale acestui lichid (4), ori se pot folosi 33 mai multe surse (5) ultrasonore, între care există o relație de fază bine determinată în combinație cu o singură optică (6) ultrasonorâ adaptivă la care, variind diferența de fază 35 dintre diferitele surse (5) și, respectiv, variind distanța focală a opticii (6) acustice, se poate obține o baleiere după cele trei direcții spațiale. 37
6. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicărilor 1 și 5, caracterizat prin aceea că procesul de construcție 39 3D a obiectului (7) se poate face în paralel de către mai multe spoturi focale ultrasonore, în acest caz folosindu-se un număr de cel puțin două surse (5) ultrasonore independente, 41 fiecare având propria optică (6) acustică și corelate între ele astfel încât, împreună, aceste spoturi focale de ultrasunete să construiască obiectul (7) în paralel, folosind unul dintre 43 procedeele de baleiere menționate în revendicarea 5.
7. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de 45 ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că parametrii de lucru care pot fi variați, în funcție de materialul (2) utilizat și de proprietățile acestuia, sunt frecvența 47 ultrasunetelor, puterea ultrasunetelor, dimensiunea spotului ultrasonor focalizat - dependent de lungimea de undă a ultrasunetelor în material (2) și de caracteristicile opticii (6) de 49 focalizare, viteza de baleiere orizontală, respectiv verticală, â spotului ultrasonor focalizat și,
RO 130409 Β1 respectiv, modul de funcționare al sursei (5) de ultrasunete, adică în undă continuă, cu modulare de intensitate sau în impulsuri, un alt parametru de lucru fiind forța de apăsare a capacului (3) pe pulbere (2), pentru aplicarea acestei forțe folosindu-se procedee în sine cunoscute, forța fiind aplicată preferabil direct capacului (3) sau, în altă variantă, prin intermediul lichidului (4), perpendicular pe suprafața stratului de pulbere (2).
8. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că frecvența ultrasunetelor poate avea valori cuprinse între 25 kHz și 10 GHz, puterea ultrasunetelor poate avea valori cuprinse între 1 nWși 100 kW, iar dimensiunea spotului ultrasonor poate fi între 1 pm și 1 mm.
9. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că viteza de baleiere orizontală poate avea valori cuprinse între 1 prn/s și 100 m/s, viteza de baleiere verticală poate avea valori cuprinse între 1 pm/s și 1 m/s.
10. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că forța de apăsare poate fi cuprinsă între 10 N și 100 MN, valoarea forței de apăsare putând varia în timpul procesului de construcție a obiectului (7), dacă este necesar.
11. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că se pot folosi ca material (2) pulberi metalice, pulberi ceramice, pulberi de polimeri, grăunții acestor materiale (2) de tip pulberi putând fi simpli din punct de vedere al compoziției, de tip compozit, de tip amestec sau de tip aliaj de cel puțin două substanțe, condiția fiind ca materialul (2) considerat să poată fi sudat cu ultrasunete, dimensiunea grăunților de pulbere (2) fiind cuprinsă între 2 nm și 1 mm, grăunții putând avea toți aceeași dimensiune sau putând avea o distribuție oarecare după dimensiuni, de exemplu - dar fără a restrânge generalitatea - o distribuție gaussiană.
12. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicărilor 1 și 11, caracterizat prin aceea că poate folosi în timpul procesului de construcție 3D a obiectului (7) cel puțin două dintre materialele (2) menționate în revendicarea 11, materiale (2) amplasate în cuvă (1), prin procedee în sine cunoscute, după modul în care este necesar pentru realizarea obiectului (7), condițiile fiind ca acestea să fie sudabile între ele, să aibă proprietăți acustice - în special viteza sunetului asemănătoare, precum și să necesite puteri ultrasonore de sudare care să fie apropiate ca ordin de mărime.
13. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicărilor 1, 11 și 12, caracterizat prin aceea că materialul (2) poate fi de tip monocristalin, policristaiin, amorf sau vitros.
14. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că permite urmărirea în timp real a construcției obiectului (7) prin imagistică ultrasonoră, în scopul identificării eventualelor erori de construcție, imagistica ultrasonoră realizându-se cu un sistem (8) de tip ecograf în sine cunoscut amplasat în lateralul cuvei (1), fasciculul ultrasonor emis de către sistemul (8) folosit pentru imagistică propagându-se de exemplu la un unghi de 90° față de fasciculul ultrasonor folosit la construcția 3D a obiectului (7) și având o altă frecvență decât acesta din urmă.
15. Procedeu de manufacturare rapidă care folosește un fascicul focalizat de ultrasunete conform revendicărilor 1, 3, 4, 11 și 12 caracterizat prin aceea că, într-una dintre variante, capacul (3), pulberea (2) și lichidul (4) trebuie să aibă viteze ale sunetului de valori apropiate, astfel încât să nu apară, la interfețele de separare dintre ele, schimbarea tipului de unde ultrasonore, ci să se propage numai un singur tip de unde ultrasonore, ori numai longitudinale, ori numai transversale.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300736A RO130409B1 (ro) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete |
| EP14808741.4A EP3055090B1 (en) | 2013-10-11 | 2014-10-10 | Process for the additive manufacture of workpieces using a focused ultrasound beam |
| PCT/RO2014/000029 WO2015053644A2 (en) | 2013-10-11 | 2014-10-10 | Rapid manufacturing process by using a focused ultrasound beam |
| US15/028,532 US9975199B2 (en) | 2013-10-11 | 2014-10-10 | Rapid manufacturing process by using a focused ultrasound beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300736A RO130409B1 (ro) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO130409A2 RO130409A2 (ro) | 2015-07-30 |
| RO130409B1 true RO130409B1 (ro) | 2019-04-30 |
Family
ID=52011282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201300736A RO130409B1 (ro) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9975199B2 (ro) |
| EP (1) | EP3055090B1 (ro) |
| RO (1) | RO130409B1 (ro) |
| WO (1) | WO2015053644A2 (ro) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3072671A1 (de) * | 2015-03-24 | 2016-09-28 | Severin Schweiger | Verfahren und Vorrichtung zur Urformung eines 3D-Körpers |
| CN108136670A (zh) * | 2015-08-28 | 2018-06-08 | 沙特基础工业全球技术公司 | 增材制造产品和工艺 |
| CN106079439B (zh) * | 2016-06-14 | 2018-03-16 | 西安交通大学 | 一种利用超声辅助触夹持的超材料光固化打印设备 |
| US10331110B2 (en) | 2016-08-30 | 2019-06-25 | International Business Machines Corporation | Methods and systems for verifying and modifying a 3D printing process |
| US10926328B2 (en) * | 2016-10-20 | 2021-02-23 | Huntington Ingalls Incorporated | System and method for in-situ inspection of additive manufacturing materials and builds |
| WO2018145194A1 (en) | 2017-02-07 | 2018-08-16 | Valorbec Société en Commandite | Methods and systems for additive manufacturing |
| EP3630394A4 (en) * | 2017-05-23 | 2021-03-31 | Huntington Ingalls Incorporated | SYSTEM AND METHOD FOR IN-SITU PROCESSING OF MATERIALS AND CONSTRUCTIONS OF GENERATIVE MANUFACTURING |
| FR3069468B1 (fr) | 2017-07-28 | 2022-05-06 | Commissariat Energie Atomique | Procedes et dispositifs de fabrication et d'inspection ultrasonore en fabrication additive |
| CN108544636A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-09-18 | 钦州学院 | 教学用的建筑3d打印装置 |
| US11426818B2 (en) | 2018-08-10 | 2022-08-30 | The Research Foundation for the State University | Additive manufacturing processes and additively manufactured products |
| KR102140967B1 (ko) * | 2018-08-23 | 2020-08-05 | 한국과학기술연구원 | 초음파를 이용한 3d 프린팅 방법 및 3d 프린터 |
| EP3898191A4 (en) * | 2018-12-20 | 2022-02-16 | Jabil Inc. | ULTRASONIC-BASED ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS, SYSTEM AND METHOD |
| CN111113901B (zh) * | 2020-01-03 | 2021-05-25 | 燕山大学 | 一种基于往复直线运动的3d打印零件内部粉末清理装置 |
| WO2021232146A1 (en) | 2020-05-21 | 2021-11-25 | Kilncore Inc. | High temperature, high pressure, powder-based, 3d printed object manufacturing |
| CN114888301B (zh) * | 2022-04-21 | 2023-06-16 | 华南理工大学 | 一种空间超声高能束成形装置与方法 |
| NL2032044B1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-12 | Univ Eindhoven Tech | Apparatus and method for producing an object by means of additive manufacturing |
| CN117162540B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-26 | 湖南科技大学 | 树脂基复合材料微波超声固化成型装备和固化成型方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19649865C1 (de) * | 1996-12-02 | 1998-02-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers |
| AU4849899A (en) | 1998-06-30 | 2000-01-17 | Trustees Of Tufts College | Multiple-material prototyping by ultrasonic adhesion |
| US6519500B1 (en) * | 1999-09-16 | 2003-02-11 | Solidica, Inc. | Ultrasonic object consolidation |
| US6814823B1 (en) * | 1999-09-16 | 2004-11-09 | Solidica, Inc. | Object consolidation through sequential material deposition |
| TW545095B (en) | 2002-11-08 | 2003-08-01 | Ming-Tsung Sun | Ultrasonic adhesion process |
| GB0601982D0 (en) * | 2006-02-01 | 2006-03-15 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for examination of objects and structures |
| EP3045148B1 (en) * | 2009-12-30 | 2018-11-14 | Synthes GmbH | Intergrated multi-material implants and methods of manufacture |
| US10011089B2 (en) * | 2011-12-31 | 2018-07-03 | The Boeing Company | Method of reinforcement for additive manufacturing |
| GB201204752D0 (en) * | 2012-03-19 | 2012-05-02 | Bae Systems Plc | Additive layer manufacturing |
| WO2014074947A2 (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-15 | Das, Suman | Systems and methods for additive manufacturing and repair of metal components |
| US20140255620A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | Rolls-Royce Corporation | Sonic grain refinement of laser deposits |
-
2013
- 2013-10-11 RO ROA201300736A patent/RO130409B1/ro unknown
-
2014
- 2014-10-10 US US15/028,532 patent/US9975199B2/en active Active
- 2014-10-10 WO PCT/RO2014/000029 patent/WO2015053644A2/en active Application Filing
- 2014-10-10 EP EP14808741.4A patent/EP3055090B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9975199B2 (en) | 2018-05-22 |
| WO2015053644A2 (en) | 2015-04-16 |
| WO2015053644A3 (en) | 2015-06-04 |
| RO130409A2 (ro) | 2015-07-30 |
| EP3055090B1 (en) | 2017-09-27 |
| US20160250711A1 (en) | 2016-09-01 |
| EP3055090A2 (en) | 2016-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RO130409B1 (ro) | Procedeu de manufacturare rapidă folosind fascicul focalizat de ultrasunete | |
| US10702947B2 (en) | Device and method of producing a structured element, and structured element | |
| Tamaki et al. | Welding of transparent materials using femtosecond laser pulses | |
| JP6125640B2 (ja) | 三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングシステム | |
| Jhabvala et al. | An innovative method to build support structures with a pulsed laser in the selective laser melting process | |
| JP6223804B2 (ja) | ウェーハ加工装置 | |
| CN102500923B (zh) | 基于飞秒激光在硅表面制备功能微纳米材料的制备装置和方法 | |
| WO2020259719A1 (zh) | 一种超声振动辅助铺平粉末的激光增材加工装置及方法 | |
| JP2015535746A (ja) | 三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングのための方法 | |
| JP2015535745A5 (ro) | ||
| CA2517374A1 (en) | Method and device for producing miniature objects or microstructured objects | |
| CN111716005A (zh) | 一种超声辅助激光抛光陶瓷基复合材料的方法 | |
| CN106702411A (zh) | 一种利用脉冲激光清洁金属表面积碳的方法 | |
| CN107162395A (zh) | 一种双层或多层垂直封装玻璃的方法 | |
| CN107900513A (zh) | 一种可以实现高品质清洗的激光加工头装置 | |
| Liu et al. | Ultrasound-assisted water-confined laser micromachining (UWLM) of metals: Experimental study and time-resolved observation | |
| Nordin et al. | Effect of focusing condition on molten area characteristics in micro-welding of borosilicate glass by picosecond pulsed laser | |
| Tan et al. | Developing high intensity ultrasonic cleaning (HIUC) for post-processing additively manufactured metal components | |
| CN110081749A (zh) | 具有超疏水-超亲水结构的铝基超薄热管及制备方法 | |
| JP2003245791A (ja) | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 | |
| RU2728375C1 (ru) | Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания | |
| KR20230129497A (ko) | 유리 소자 상의 융기된 구조를 감소시키기 위한 방법및 상기 방법에 따라 제조된 유리 소자 | |
| RU2740687C2 (ru) | Способ восстановления изделия лазерно-акустической наплавкой и устройство для его осуществления | |
| CN211709040U (zh) | 短波长超快激光修整金属结合剂金刚石砂轮的装置 | |
| CN217574088U (zh) | 光固化模型清洗装置 |