RU124608U1

RU124608U1 - DEVICE FOR PRODUCING PRODUCTS FROM POWDERED MATERIALS

Info

Publication number: RU124608U1
Application number: RU2012128686/02U
Authority: RU
Inventors: Игорь Юрьевич Смуров; Игорь Анатольевич Ядройцев; Марина Александровна Волосова; Анна Андреевна Окунькова; Михаил Дмитриевич Павлов; Юрий Григорьевич Владимиров; Павел Юрьевич Перетягин; Гиляна Валерьевна Антоненкова
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2013-02-10

Abstract

Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов, содержащее станину с базовой поверхностью, программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины, лазерный узел, расположенный над станиной с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия, средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия, отличающееся тем, оно дополнительно снабжено средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненным в виде цилиндрической фрезы, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности станины.A device for producing products from powder materials containing a bed with a base surface, a software-organized technological platform for layer-by-layer formation of the product and a powder dispenser in the form of a base, installed with the possibility of independent vertical reciprocating movement relative to the bed, a laser unit located above the bed with the possibility of providing focusing a laser beam into a technologically defined zone of product formation, a means for feeding and compaction of powder shaped material in the form of a knife, installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and the formation of the functional layer of the product, characterized in that it is additionally equipped with a means of ensuring the flatness of each of the functional layers, made in the form of a cylindrical cutter installed with the possibility of horizontal reciprocating movement along the base bed surface.

Description

Полезная модель относится к способу получения изделий из порошкообразных материалов и может быть использовано для получения материальных объектов сложной пространственной конфигурации из порошкообразных материалов, изготавливаемых методом селективного лазерного плавления.The utility model relates to a method for producing products from powder materials and can be used to obtain material objects of complex spatial configuration from powder materials manufactured by selective laser melting.

Из уровня техники известен способ изготовления изделий из порошковых материалов, заключающийся в прессовании порошкового материала в пресс-формах (Кипарисов С.С. и Либенсон Г.А. «Порошковая металлургия», Москва: Металлургия, 1991 г., стр.289).The prior art method of manufacturing products from powder materials, which consists in pressing the powder material in the molds (Kiparisov S. S. and Libenson G. A. "Powder metallurgy", Moscow: Metallurgy, 1991, p. 289).

Недостатком известного способа является тот факт, что для каждого типоразмера изделия необходимо изготавливать индивидуальную пресс-форму сложной конструкции из дорогостоящих инструментальных сталей и твердых сплавов, что повышает стоимость изделий. Конструктивные особенности пресс-формы не позволяют получать изделия сложной конфигурации, имеющие внутренние полости переменного сечения, закрытые полости и т.п. Все это вместе ограничивает технологические возможности известного способа.The disadvantage of this method is the fact that for each size of the product it is necessary to produce an individual mold of complex design from expensive tool steels and hard alloys, which increases the cost of products. The design features of the mold do not allow to obtain products of complex configuration having internal cavities of variable section, closed cavities, etc. All this together limits the technological capabilities of the known method.

Известно также устройство и способ послойного получения трехмерного объекта из порошкообразного материала содержащее: станину с базовой поверхностью; программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленный с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия (Патент РФ №2370367 В29С 67/00 2006 г.)Also known is a device and method for layer-by-layer production of a three-dimensional object from a powder material containing: a bed with a base surface; software-organized technological platform for layer-by-layer formation of the product and a powder dispenser in the form of a base, installed with the possibility of independent vertical reciprocating movement relative to the bed; a laser unit located above the bed, with the possibility of focusing the laser beam in a technologically specified zone of the formation of the product; means for feeding and compaction of the powdered material in the form of a knife, installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and formation of the functional layer of the product (RF Patent No. 2370367 V29C 67/00 2006)

Недостатками известного способа является возможность образования выступов на поверхности функционального слоя в результате плавления порошкообразного материала, вследствие чего возможно несоблюдение физико-механических свойств изготавливаемого изделия, а так же понижение производительности из-за заклинивания средства подачи и уплотнения порошкообразного материала.The disadvantages of this method is the possibility of the formation of protrusions on the surface of the functional layer as a result of melting of the powdered material, which may result in non-compliance with the physicomechanical properties of the manufactured product, as well as a decrease in productivity due to jamming of the means of supply and compaction of the powdered material.

Технический результат заявленного устройства заключается в обеспечении однородности изготавливаемого изделия в его поперечном сечении за счет обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев.The technical result of the claimed device is to ensure uniformity of the manufactured product in its cross section by ensuring the flatness of each of the functional layers.

Поставленный технический результат достигается посредством того что устройство для получения изделий из порошкообразных материалов, содержащее: станину с базовой поверхностью; программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия, согласно полезной модели, дополнительно снабжено средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненное в виде цилиндрической фрезы, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности станины.The technical result is achieved by the fact that the device for producing products from powder materials, comprising: a bed with a base surface; software-organized technological platform for layer-by-layer formation of the product and a powder dispenser in the form of a base, installed with the possibility of independent vertical reciprocating movement relative to the bed; a laser unit located above the bed, with the possibility of focusing the laser beam in a technologically specified zone of the formation of the product; means for feeding and compaction of the powdered material in the form of a knife, installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and the formation of the functional layer of the product, according to the utility model, is additionally equipped with means for ensuring the flatness of each of the functional layers, made in the form of a cylindrical cutter mounted with the possibility of horizontal reciprocating translational movement along the base surface of the bed.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где:The utility model is illustrated by graphic materials, where:

Фиг.1 - схематично изображено устройство для получения изделий из порошкообразных материалов.Figure 1 - schematically shows a device for producing products from powdered materials.

Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов содержит станину 1 с базовой поверхностью 2, программно организованные технологическую платформу 3 для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания 4, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины 1, а также лазерный узел 5, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия. Кроме этого, устройство содержит средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа 6, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя 7 изделия, и средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненное в виде цилиндрической фрезы 8, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности 2 станины 1.A device for producing products from powder materials contains a bed 1 with a base surface 2, a software-organized technological platform 3 for layer-by-layer formation of the product and a powder dispenser in the form of a base 4, installed with the possibility of independent vertical reciprocating movement relative to the bed 1, and also a laser unit 5 located above the bed, with the possibility of focusing the laser beam in a technologically predetermined area of formation of the product. In addition, the device contains means for feeding and compaction of the powder material in the form of a knife 6, mounted with the possibility of horizontal reciprocating movement and formation of the functional layer 7 of the product, and means for ensuring the flatness of each of the functional layers, made in the form of a cylindrical cutter 8, installed with the possibility horizontal reciprocating movement along the base surface 2 of the bed 1.

Устройство для изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов работает следующим образом.A device for the manufacture of products from composite powder materials works as follows.

На рабочую поверхность технологической платформы 3 сканируется соответствующее поперечное сечение предварительно созданной по заданной программе трехмерной компьютерной модели изделия (3D-модель, сформированная из множества поперечных сечений), по контурам которого будет формироваться соответствующий функциональный слой 7 изделия. Затем технологическая платформа 3 смещается вниз относительно базовой поверхности 2 станины 1 на расстояние, соответствующее толщине функционального слоя 7 изделия. Далее дозатор порошка в виде основания 4 с порошкообразным материалом совершает поступательное перемещение вверх на определенную величину, осуществляя при этом подачу порошкообразного материала для дальнейшего его перераспределения. После нож 6 совершает горизонтальное поступательное движение относительно технологической платформы 3 захватывая и подавая при этом порошкообразный материал с основания 4 на технологическую платформу 3. При этом, нож 6 осуществляет прессование порошкообразного материала (с небольшим усилием для увеличения однородности слоя порошкообразного материала и уменьшения его пористости). Далее, нож 6 возвращается в свое первоначальное положение и лазер 5 с заданной скоростью и мощностью в соответствии со сформированной по 3D-модели траекторией перемещения своим лучом осуществляет плавление на заданных участках порошкообразного материала. На заданных участках порошкообразный материал после плавления затвердевает. После этого цилиндрическая фреза 8 совершает рабочее горизонтальное возвратно-поступательное движение вдоль базовой поверхности 2 станины 1 для срезания образовавшихся выступов порошкообразного материала 7 на технологической платформе 3. Таким образом, формируется функциональный слой 7 заданной толщины.On the working surface of the technological platform 3, the corresponding cross-section of a three-dimensional computer model of a product previously created according to a given program (a 3D model formed from a plurality of cross sections) is scanned, along the contours of which the corresponding functional layer 7 of the product will be formed. Then the technological platform 3 is shifted down relative to the base surface 2 of the bed 1 at a distance corresponding to the thickness of the functional layer 7 of the product. Next, the powder dispenser in the form of a base 4 with powder material performs translational upward movement by a certain amount, while supplying the powder material for its further redistribution. After knife 6 makes a horizontal translational motion relative to the technological platform 3, capturing and feeding the powder material from the base 4 to the technological platform 3. In this case, the knife 6 compresses the powder material (with little effort to increase the uniformity of the layer of powder material and reduce its porosity) . Further, the knife 6 returns to its original position and the laser 5 at a predetermined speed and power in accordance with the 3D-generated trajectory of its own beam melts in predetermined sections of the powder material. In predetermined areas, the powdery material hardens after melting. After this, the cylindrical cutter 8 performs a working horizontal reciprocating movement along the base surface 2 of the bed 1 to cut off the formed protrusions of the powder material 7 on the technological platform 3. Thus, a functional layer 7 of a given thickness is formed.

Затем технологическая платформа 3 смещается относительно базовой поверхности 2 станины 1 на расстояние, равное толщине следующего функционального слоя 7 и процесс повторяется.Then the technological platform 3 is shifted relative to the base surface 2 of the bed 1 by a distance equal to the thickness of the next functional layer 7 and the process is repeated.

Заявленное устройство использовалось при изготовлении изделия в форме параллелепипеда размерами 15×20×10 мм из медного порошкообразного материала марки ПМС-1. Средний размер гранул медного порошкообразного материала - около 100 мкм. Толщина наносимых функциональных слоев составляла около 200 мкм. Частота вращения фрезы не менее 300 об/мин. Каждый слой облучался вертикально направленным относительно рабочей поверхности 2 технологической платформы 3 параллельным лучом непрерывного твердотельного Nd: YAG лазера 11 (в качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат, длина волны 1,06 мкм). Скорость перемещения луча 5 мм/с, диаметр луча 5 мм, мощность излучения 100 Вт. После облучения лазером каждый слой обрабатывался цилиндрической фрезой, что обеспечивало плоскостность поверхности.The claimed device was used in the manufacture of a product in the form of a parallelepiped with dimensions of 15 × 20 × 10 mm from copper powder material of the ПМС-1 brand. The average granule size of the copper powder material is about 100 microns. The thickness of the applied functional layers was about 200 μm. The rotational speed of the cutter is at least 300 rpm. Each layer was irradiated with a parallel beam of a continuous solid-state Nd: YAG laser 11 (vertically directed relative to the working surface 2 of the technological platform 3) (yttrium-aluminum garnet, wavelength 1.06 μm, was used as an active medium). The speed of the beam 5 mm / s, the diameter of the beam 5 mm, the radiation power of 100 watts. After laser irradiation, each layer was treated with a cylindrical cutter, which ensured the flatness of the surface.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет обеспечить однородность изготавливаемого изделия в его поперечном сечении за счет исключения образования нетехнических выступов, кроме того повысить производительность селективного лазерного плавления за счет исключения заклинивания ножа вследствие образования нетехнических выступов превышающих функциональный слой изделия.Thus, the claimed combination of features set forth in the utility model formula allows one to ensure uniformity of the manufactured product in its cross section by eliminating the formation of non-technical protrusions, and also to increase the performance of selective laser melting by eliminating jamming of the knife due to the formation of non-technical protrusions exceeding the functional layer of the product.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для получения изделий из порошкообразных материалов и может быть использован для получения материальных объектов сложной пространственной конфигурации из порошкообразных материалов, изготавливаемых методом селективного лазерного плавления, в частности, монолитное изделие размерами 15×20×10 мм из медного порошкообразного материала;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended to obtain products from powder materials and can be used to obtain material objects of complex spatial configuration from powder materials manufactured by selective laser melting, in particular, a monolithic product with dimensions of 15 × 20 × 10 mm of copper powder material;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A device for producing products from powder materials containing a bed with a base surface, a software-organized technological platform for layer-by-layer formation of the product and a powder dispenser in the form of a base, installed with the possibility of independent vertical reciprocating movement relative to the bed, a laser unit located above the bed with the possibility of providing focusing a laser beam into a technologically defined zone of product formation, means for feeding and compaction of powder shaped material in the form of a knife, installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and the formation of the functional layer of the product, characterized in that it is additionally equipped with a means of ensuring the flatness of each of the functional layers, made in the form of a cylindrical cutter installed with the possibility of horizontal reciprocating movement along the base bed surface.