RU152914U1 - Устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем - Google Patents

Abstract

1. Устройство для послойного получения градиентных материалов из порошков, содержащее герметичную рабочую камеру, лазер, рабочий бункер с поршнем, выполненным с возможностью перемещения в вертикальном направлении, средства нанесения порошков в виде бункеров для точечного дозирования различных порошковых материалов на рабочую поверхность, установленных на многопозиционной револьверной головке, отличающееся тем, что оно содержит средство удаления порошкового материала в виде колпака, выполненного с возможностью подвода и отвода рабочего бункера с герметичным охватом рабочей поверхности и снабженного средством подачи очищающего агента и средством для отсоса порошкового материала, причем многопозиционная револьверная головка установлена в рабочей камере с возможностью вращательного и плоскопараллельного перемещения на траверсе, а одна из позиций револьверной головки оснащена шлифовальным средством, обеспечивающим послойную плоскостность спекаемого порошкового материала.2. Устройство п. 1, отличающееся тем, что средство подачи очищающего агента выполнено в виде не менее двух периферийных подводов.

Description

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности, к технологии послойного синтеза деталей сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного порошка методом селективного лазерного плавления и/или спекания (СЛП) по компьютерной 3-D модели и может найти применение в различных отраслях машиностроения, например, для изготовления коррозионностойких, износостойких, жаростойких градиентных материалов, деталей и узлов.

Из уровня техники известны способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления (RU 2401180 С2, 10.10.2010). Согласно данному изобретению способ получения градиентного материала из порошков включает последовательное нанесение слоев порошка из различных материалов при перемещении поршня рабочего бункера со спекаемым материалом и программируемое селективное спекание заданной области в плоскости каждого слоя, таким образом, что после спекания заданной области слоя поршень рабочего бункера со спеченным материалом перемещают вверх на толщину слоя, удаляют порошок из этого слоя, возвращают поршень в прежнее положение, наносят другой порошок в плоскости слоя и проводят его селективное спекание. Устройство для получения градиентных материалов из порошков, согласно данному изобретению, содержит: рабочую камеру с входным окном, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, рабочий бункер с поршнем, выполненный с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении, бункер питатель, каретку засыпки и укладки порошка, ролик очистки, выполненный с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка, которая снабжена роликом прикатки и дополнительным роликом очистки, выполненным с возможностью вертикального перемещения, при этом по периметру входного окна рабочей камеры установлены газоразрядные лампы с отражателями для нагрева поверхности порошка общей мощностью не менее 5 кВт.

Недостатками данного изобретения является: отсутствие возможности дозирования порошков из различных материалов в любую точку на поршне, что приводит к большему расходу порошка; отсутствие средства обеспечения плоскостности, поскольку порошки из различных материалов имеют разные коэффициенты усадки при переплавлении, что неминуемо ведет к образованию выступов-неровностей на поверхности переплавленного слоя. Данные выступы-неровности могут привести к неконтролируемому разрушению обработанной поверхности изделия при формировании очередного слоя порошка, а также к ухудшению физико-механических свойств готового изделия. Также недостатком данного изобретения является применение ролика очистки в качестве средства сбора непереплавленных частиц порошка, поскольку частицы порошка скапливаются не только на поверхности предыдущего переплавленного слоя, но и в областях, которые вообще не подверженных лазерному воздействию ни в одном из слоев при изготовлении изделия, что с увеличением количества переплавленных слоев делает затруднительным удаление данных частиц порошка.

Наиболее близким к заявленному - прототипом - является устройство для послойного получения градиентных материалов из порошков, содержащее герметичную рабочую камеру, лазер, рабочий бункер с поршнем, выполненным с возможностью перемещения в вертикальном направлении, средства нанесения порошков в виде бункеров для точечного дозирования различных порошковых материалов на рабочую поверхность, установленных на многопозиционной револьверной головке (RU 46695 U1, 27.07.2005).

К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие стабильности физико-механических свойств готового изделия, обусловленной отсутствием плоскостности обрабатываемых слоев.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является получение переплавленных областей из различных порошков, лежащих в одной горизонтальной плоскости - в одном слое.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в обеспечении стабильности получения высоких физико-механических свойств готового изделия за счет используемого механического средства обеспечения плоскостности обрабатываемых слоев, что приводит к сохранению стабильных по объему изделия полученных методом СЛП микроструктур и определяет высокий уровень механических характеристик готового к эксплуатации изделия.

Заявленный технический результат, получаемый при решении поставленной технической задачи, достигается за счет того, что устройство для послойного получения градиентных материалов из порошков, содержащее герметичную рабочую камеру, лазер, рабочий бункер с поршнем, выполненным с возможностью перемещения в вертикальном направлении, средства нанесения порошков в виде бункеров для точечного дозирования различных порошковых материалов на рабочую поверхность, установленных на многопозиционной револьверной головке, содержит средство удаления порошкового материала в виде колпака, выполненного с возможностью подвода и отвода рабочего бункера с герметичным охватом рабочей поверхности и снабженного средством подачи очищающего агента и средством для отсоса порошкового материала, причем многопозиционная револьверная головка установлена в рабочей камере с возможностью вращательного и плоскопараллельного перемещения на траверсе, а одна из позиций револьверной головки оснащена шлифовальным средством, обеспечивающим послойную плоскостность спекаемого порошкового материала, оптимально, что бы средство подачи очищающего агента было выполнено в виде не менее двух периферийных подводов.

Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.

Изначально процесс нанесения слоев порошка в СЛП подразумевал, что вся рабочая зона установки, где наносятся слои порошка, полностью заполняется порошком. Однако дальнейшее развитие одного из направлений метода СЛП, а именно создание градиентных покрытий и изделий, имеющих разный химический состав и/или микроструктуру не только от слоя к слою по высоте, но и в одном слое по горизонтали, привело к необходимости точечного дозирования различных порошков в определенные области рабочей зоны установки. Одним из наиболее конструктивно простых, а значит надежных решений, для точечного дозирования различных порошков, является применение бункеров с различными порошками, имеющими возможность дискретного дозирования порошков и перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях параллельно плоскости, на которой происходит нанесение и переплавление слоев порошка.

Выступы-неровности постоянно образуются на поверхности селективно обработанного лазерным лучом слоя порошка вследствие различных коэффициентов усадки при переплавлении для различных порошков. Данные выступы-неровности могут привести к неконтролируемому разрушению обработанной поверхности изделия при формировании очередного слоя порошка, а также к ухудшению физико-механических свойств готового изделия. В результате селективного лазерного воздействия в областях с разными переплавленными порошками образуются выступы-неровности представляющие собой паразитную конструкцию произвольной формы высотой 6-12 мкм, представляющие собой по структуре расплав и/или спеченный порошок. Главное, что эти паразитные конструкции имеют твердость соизмеримую с твердостью исходного порошкообразного материала, которая может достигать 60-70 HRC. При этом упомянутые выступы в процессе СЛП по компьютерной 3-D модели изделия необходимо снимать практически на каждом изготавливаемом функциональном слое изделия. При этом частота необходимости разрушения выступов зависит от плотности мощности лазерного луча и материала исходных порошков. В этой связи использование в качестве средства обеспечения плоскостности функциональных слоев, выполненного в виде шлифовального круга, с твердостью абразивных частиц превышающих твердость паразитных выступов является существенным и обоснованным для решения поставленной задачи и достижения результата. При этом было установлено, что чем меньше отличаются коэффициенты усадки для различных порошковых материалов, чем более близки морфологические характеристики порошков и чем меньше толщина переплавляемого слоя, тем меньше высота и количество выступов-неровностей на поверхности слоя, обработанного лазерным лучом, что делает обоснованным использование средства обеспечения плоскостности обработанных СЛП слоев в виде шлифовального круга. При этом, экспериментально было установлено, что твердость частиц абразивного круга должна составлять 1,1-1,25 твердости используемого порошкообразного материала при дисперсности частиц шлифовального круга - 15-150 мкм. При более низких значениях твердости частиц абразивного круга, чем 1,1 твердости используемого порошкообразного материала, образовавшиеся выступы удаляются крайне неэффективно для широкой номенклатуры используемого порошка. А при значениях твердости частиц абразивного круга более, чем 1,25 твердости используемого порошкообразного материала широкой номенклатуры, возникают сложности при изготовлении шлифовального круга с удовлетворительной плоскостностью и износостойкостью, что влияет на качество обеспечения плоскостности функционального слоя.

Необходимость перемещения бункеров с различными порошками в двух взаимно перпендикулярных направлениях параллельно плоскости, на которой происходит нанесение и переплавление слоев порошка, а также применение шлифования для обеспечения необходимой плоскостности переплавленных слоев конструктивно наиболее логично реализовать в виде револьверной головки, установленной на траверсе портального типа с возможностью перемещения вместе с траверсой, вдоль траверсы и возможностью поворота вокруг собственной оси. На револьверной головке удобно устанавливать бункеры с различными порошками (минимум два бункера) и шлифовальный узел. Таким образом, достигается наиболее рациональное решение с точки зрения компактности и надежности конструкции, подразумевающее использование траверсы портального типа и револьверной головки.

Одним из наиболее перспективных алгоритмов процесса формообразования градиентных покрытий и изделий методом СЛП, является алгоритм состоящий из следующих этапов:

1. нанесение слоя порошка типа А;

2. селективное переплавление отдельных областей в слое из порошка типа А;

3. удаление непереплавленных частиц порошка типа А;

4. нанесение в очищенные от порошка типа А области порошка типа Б;

5. селективное переплавление отдельных областей в слое из порошка типа Б;

6. удаление непереплавленных частиц порошка типа Б и т.д.

Удаление непереплавленых частиц порошка типа А и типа Б всегда осложнено такими проблемами, как возможное повреждение переплавленного слоя и неполное удаление всех необходимых частиц. Недостаточное удаление непереплавленных частиц порошка приводит к ухудшению физико-механических свойств готового изделия из-за образования неоднородных и/или неравномерных микроструктур. В качестве сборщика частиц порошка наиболее удобно и эффективно использовать герметичное устройство, имеющее возможность подачи защитного газа под давлением достаточным для превращения непереплавленных частиц порошка во взвесь, которая впоследствии удаляется за счет отсоса через специальную трубку забора смеси. Поскольку при изготовлении градиентного изделия используются несколько типов порошков, то отсос каждого типа порошка целесообразно проводить по отдельной трубке забора взвеси в отдельный бункер сбора для каждого порошка с целью повторного использования порошков и исключения их перемешивания между собой.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где схематично изображены на:

- фиг. 1 - устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем, аксонометрический вид;

- фиг. 2 - устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем, главный вид (вид спереди);

- фиг. 3 - сечение А-А устройства с фиг. 2;

- фиг. 4 - сечение Б-Б устройства с фиг. 2;

- фиг. 5 - сечение В-В устройства с фиг. 3;

- фиг. 6 - револьверная головка, аксонометрический вид;

- фиг. 7 - сечение Д-Д (повернутое) с фиг. 6;

- фиг. 8 - увеличенный местный вид Г с фиг. 5;

- фиг. 9 - пример образования переплавленных областей из порошка типа А на подложке;

- фиг. 10 - сечение по оси симметрии по сборщику порошка;

- фиг. 11 - пример сформированного слоя, имеющего горизонтальные границы раздела для разных переплавленных порошковых материалов.

Устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем (далее установка) состоит из следующих основных деталей, узлов и оборудования:

- каркас 1;

- высокоточная плита 2;

- герметичная камера 3;

- рабочий бункер 4;

- поршень 5;

- подложка 6;

- бункер сбора излишков порошка типа А 7;

- бункер сбора излишков порошка типа Б 8;

- разравнивающий нож для порошка типа А 9;

- разравнивающий нож для порошка типа Б 10;

- лазерный узел 11;

- траверса 12;

- револьверная головка 13;

- бункер с порошком типа А 14;

- бункер с порошком типа Б 15;

- шлифовальный узел 16;

- сборщик порошка 17.

Для удобства обозначений перемещений введем систему координат, направив ось Ζ от рабочей зоны, где расстилаются слои порошка, к лазерному узлу 11 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг 5). Дополнительные линейные движения премещения вдоль каждой оси координат будем обозначать в соответствии с той осью координат, вдоль которой происходит перемещение с присвоением порядкового номера. Движения вращения вокруг оси X будем обозначать как координата A, вращения вокруг оси Υ - как координата В, вращения вокруг оси Ζ - как координата C с присвоением порядкового номера.

Каркас 1 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг 5) изготавливается в виде сварной или сборной жесткой конструкции коробчатой формы из металлических труб квадратного сечения. Каркас является базовым узлом для закрепления основных деталей, узлов и оборудования установки.

Высокоточная плита 2 устанавливается на каркасе 1 и содержит сквозное отверстие 18 необходимое для перемещения в нем подложки вместе с поршнем. Также в высокоточной плите 2 предусмотрены отверстия 19 и 20 для ссыпания через них излишков порошка типа А и порошка типа Б в бункер сбора излишков порошка типа А 7 и бункер сбора излишков порошка типа Б 8 соответственно.

Герметичная камера 3 устанавливается на высокоточную плиту 2. Герметичная камера 3 является сборной конструкцией, состоящей из пяти стенок, плотно прилегающих друг к другу. Спереди герметичная камера закрывается двумя герметичными дверьми 21 со стеклянными защитными окнами 22. Герметичная камера 3 необходима для создания защитной атмосферы (аргонной или азотной, или др.) и подогрева рабочего пространства до необходимой температуры с целью снижения теплового градиента при формировании изделия. Защитная атмосфера создается при помощи системы подачи защитных газов (на фигурах не показана.). Подогрев рабочего пространства, осуществляется при помощи нагревательного элемента 23 встроенного в поршень 5.

Рабочий бункер 4 установлен на нижней плоскости высокоточной плиты 24 и имеет форму «колодца» квадратного сечения, внутри которого поршень 5 может осуществлять вертикальное возвратно-поступательное перемещение (координата Z) благодаря электроприводу (на фигурах не показан). На поршне 5 установлена подложка 6, на которой происходит формирование изделия. После того как изделие изготовлено оно извлекается из установки вместе с подложкой 6.

Разравнивающий нож для порошка типа А 9 установлен консольно на задней стенке 25 герметичной камеры 3 и имеет возможность горизонтального возвратно-поступательного перемещения параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 (координата X1) благодаря направляющей рельсового типа 27 и электроприводу (на фигурах не показан).

Разравнивающий нож для порошка типа Б 10 установлен консольно на боковой стенке 28 герметичной камеры 3 и имеет возможность возвратно-поступательного перемещения параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 в направлении перпендикулярном направлению перемещения разравнивающего ножа для порошка типа А 9 (координата Y1) благодаря направляющей рельсового типа 29 и электроприводу (на фигурах не показан).

Бункер сбора излишков порошка типа А 7 и бункер сбора излишков порошка типа Б 7 установлены на нижней плоскости 24 высокоточной плиты 2 и предназначены для сбора излишков порошка типа А и порошка типа Б соответственно.

Лазерный узел 11 установлен на верхней стенке 30 герметичной камеры 3 и необходим для обеспечения фокусировки лазерного луча 31 в технологически заданную зону селективной лазерной обработки каждого нанесенного слоя порошка при формировании изделия (координата X и координата Y).

Внутри герметичной камеры 3 также установлена траверса 12, которая может совершать горизонтальное возвратно-поступательное перемещение параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 (координата X2) благодаря электроприводу (на фигурах не показан) и рельсовым направляющим 32, установленным на передней 33 и задней 25 стенках герметичной камеры 3.

На траверсе 12 закреплена револьверная головка 13, которая может перемещаться вдоль траверсы 12 параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 в направлении перпендикулярном направлению перемещения траверсы 12 (координата Y2), таким образом, совместными перемещениями траверсы 12 и револьверной головки 13 вдоль траверсы 12 возможно осуществить позиционировании револьверной головки 13 в любую точку над верхней плоскостью 26 высокоточной плиты 2.

Также револьверная головка 13 может совершать вращение вокруг своей оси на 360° (координата C) благодаря электродвигателю 34 с зубчато-ременной передачей. В револьверной головке 13 установлены: бункер с порошком типа A 14, бункер с порошком типа Б 15, шлифовальный узел 16 (фиг. 6).

Бункер с порошком типа А 14 и бункер с порошком типа Б 15 (фиг. 7) предназначены для засыпания в них различных типов порошков, которые могут отличаться химическим составом, гранулометрическими характеристиками и др. Каждый бункер имеет в своем основании заслонку 35, управление которой осуществляется электроприводом (на фигурах не показан). Управляя заслонкой 35, можно осуществлять дозирование порошка в необходимом количестве.

Шлифовальный узел 16 (фиг. 6), установленный в револьверной головке 13, необходим для обеспечения плоскостности переплавленных слоев, поскольку порошок типа А и порошок типа Б имеют разные коэффициенты усадки при переплавлении, что неминуемо ведет к образованию выступов-неровностей на поверхности переплавленного слоя. Данные выступы-неровности могут привести к неконтролируемому разрушению обработанной поверхности изделия при формировании очередного слоя порошка, а также к ухудшению физико-механических свойств готового изделия. Как правило, величина выступов-неровностей в одном слое не превышает 8-10 мкм, а значение твердости может достигать 60-70 и более HRC, поэтому целесообразно для их удаления использовать шлифовальный круг 36. Шлифовальный круг 36, являющийся частью шлифовального узла 16, установлен на валу электродвигателя 37 за счет чего возможно его вращение вокруг собственной оси (координата C1). Также шлифовальный круг имеет возможность вертикального возвратно-поступательного перемещения (координата Z1) необходимого для точного позиционирования его относительно верхней поверхности переплавленного слоя порошка. Вертикальное возвратно-поступательное перемещение шлифовального круга 36 осуществляется благодаря электроприводу 38.

Сборщик порошка 17 выполнен в виде колпака (фиг. 3, фиг 5, фиг. 8) и установлен консольно на задней стенке 26 герметичной камеры 3, и имеет возможность горизонтального возвратно-поступательного перемещения параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 (координата Х3) благодаря направляющей рельсового типа 27 и электроприводу (на фигурах не показан) при этом стенки сборщика порошка плотно прилегают к верхней плоскости высокоточной плиты. К сборщику порошка подведены трубка А 39 и трубка Б 40 для сбора порошков типа А и типа Б, через которые возможен поочередный отсос порошка типа А и типа Б соответственно. Также к сборщику порошка 17 подведены с четырех направлений трубки подачи защитного газа 41. Трубки подачи защитного газа 41 необходимы, для подачи под давлением защитного газа (или какого либо другого очищающего агента) при очистке обработанного лазерным лучом слоя порошка от непереплавленных частиц порошка.

Устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем работает следующим образом.

В системе автоматического проектирования (САПР) создают трехмерную компьютерную 3D-модель изделия и разбивают ее на поперечные сечения, которые служат основой для послойного изготовления изделия.

При технологической необходимости герметичная камера 3 заполняется защитным газом (аргон или азот, или др.), а также нагревательный элемент 23 производит подогрев рабочего пространства (фиг. 5).

Разравнивающий нож для порошка типа А 9 находится в крайнем правом положении (фиг. 3, фиг. 5). В рабочем бункере 4 поршень 5 вместе с предварительно закрепленной на нем подложкой 6 смещают вниз относительно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 на расстояние, соответствующее толщине переплавляемого слоя порошка типа A. Далее при помощи револьверной головки 13, имеющей возможность перемещаться вместе с траверсой 12 и вдоль траверсы 12 параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2, дозируют порцию порошка типа A с небольшим запасом. Дозирование порошка типа A с небольшим запасом происходит из бункера с порошком типа А 14 при помощи заслонки 35 (фиг. 7) и может осуществляться как на высокоточную плиту 2, так и на подложку 6 в зависимости от необходимости и оптимальности технологического процесса изготовлении изделия. Другими словами, дозирование порошка типа А с небольшим запасом может осуществляться в любую точку на верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 и подложки 6. Далее, разравнивающий нож для порошка типа А 9 перемещают влево (на фиг.3 показано пунктиром), тем самым разравнивая на подложке 6 слой порошка типа А, причем порошок может занимать либо всю рабочую зону на подложке, либо часть рабочей зоны в зависимости от того каким образом был дозирован порошок типа A, излишки порошка типа A сбрасывают в бункер сбора излишков порошка типа A 7. Затем разравнивающий нож для порошка типа A 9 перемещают в исходное положение - вправо. При помощи лазерного узла 11 с заданной скоростью и мощностью в соответствии со сформированной по 3D-модели траекторией перемещения на заданных участках осуществляют переплавление порошка типа А лазерным лучом 31. После переплавления порошок типа А затвердевает. В результате в одном нанесенном порошковом слое образуются участки 42 с переплавленным порошковым материалом типа А (фиг. 9), которые крепко сцеплены с подложкой 6 и участки 43 с непереплавленным порошком типа А. Далее над подложкой 6 с порошковым слоем (порошок типа А), обработанным лазерным излучением, устанавливают сборщик порошка 17 при этом стенки 44 сборщика порошка 17 герметично прилегают к верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 (фиг 10). Подложка 6 поднимается вверх на толщину слоя, обработанного лазерным лучом 31. Через трубки подачи защитного газа 41 (фиг. 3, фиг.11) с четырех сторон под давлением подается защитный газ, тем самым поднимая и сдувая непереплавленные частицы порошка типа А из участков 43 в слое не подверженных переплавлению, превращая нанесенный порошок во взвесь. Далее данная взвесь отсасывается через трубку А 39 предназначенную для сбора порошка типа А. После того как частицы порошка типа А, не подверженные лазерному воздействию, удалены подложка 6 вместе с очищенным слоем опускается вниз на толщину слоя, и сборщик порошка 17 перемещается в исходное положение.

Разравнивающий нож для порошка типа Б 10 находится в крайнем нижнем положении (фиг. 3). Далее в рабочем бункере 4 поршень 5 вместе с предварительно закрепленной на нем подложкой 6 смещают вниз относительно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 на расстояние, соответствующее толщине переплавляемого слоя порошка типа Б. Далее при помощи револьверной головки 13, имеющей возможность перемещаться вместе с траверсой 12 и вдоль траверсы 12 параллельно верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2, дозируют порцию порошка типа Б с небольшим запасом. Далее, разравнивающий нож для порошка типа Б 10 перемещают вверх (на фиг.3 показано пунктиром), тем самым разравнивая на подложке 6 слой порошка типа Б, причем порошок типа Б может занимать либо все области на подложке 6, в которых нет переплавленного порошка типа А, либо часть областей, в которых нет переплавленного порошка типа А. Излишки порошка типа Б сбрасывают в бункер сбора излишков порошка типа Б 8. Затем разравнивающий нож для порошка типа Б 10 перемещают в исходное положение - вниз. При помощи лазерного узла 11 с заданной скоростью и мощностью в соответствии со сформированной по 3D-модели траекторией перемещения на заданных участках осуществляют переплавление лазерным лучом порошок типа Б. После переплавления порошкообразный материал типа Б затвердевает. В результате в одном нанесенном порошковом слое образуются участки 42 с переплавленным порошковым материалом типа А и участки 45 с переплавленным порошковым материалом типа Б, которые крепко сцеплены с подложкой 6 и между собой, а также участки 46 с непереплавленным порошковым материалом типа Б (фиг. 11). Далее над подложкой 6 с порошковым слоем (порошок типа Б), обработанным лазерным излучением, устанавливают сборщик порошка 17, при этом стенки 44 сборщика порошка 17 герметично прилегают к верхней плоскости 26 высокоточной плиты 2 (фиг. 10). Подложка 6 поднимается вверх на толщину слоя, обработанного лазерным лучом 31. Через трубки подачи защитного газа 41 с четырех сторон под давлением подается защитный газ, тем самым поднимая и сдувая непереплавленные частицы порошка типа Б из участков 46 в слое не подверженных переплавлению, превращая порошок во взвесь. Далее данная взвесь отсасывается через трубку Б 40 предназначенную для сбора порошка типа Б. После того как частицы порошка типа Б, не подверженные лазерному воздействию, удалены подложка 6 вместе с очищенным слоем опускается вниз на толщину слоя, и сборщик порошка 17 перемещается в исходное положение.

Далее при помощи шлифовального узла 34 (фиг. 3, фиг. 4), установленного на револьверной головке 13, совершают рабочие движения для удаления образовавшихся неровностей-выступов из расплавов порошкообразных материалов, за счет чего достигается высокая плоскостность полученного переплавленного слоя.

Таким образом, происходит формирование первого переплавленного слоя, который имеет необходимую толщину и плоскостность, а также переплавленные участки 42 и участки 45 из порошка типа А и порошка типа Б крепко сцепленные с подложкой 6 и между собой (фиг. 11). Далее поверх первого слоя по принципу, описанному выше, происходит формирование второго слоя, далее третьего слоя и т.д. до полного изготовления изделия. При этом всю последовательность технологических процессов осуществляют в автоматическом режиме в технологически регламентированных условиях посредством специальных программно-аппаратных средств.

Работа заявленного устройства поясняется на конкретном примере получения изделия методом СЛП из порошка системы CoCr и стали 12Х18Н10Т.

Заявленное устройство использовали при изготовлении изделия в форме параллелепипеда размером 10x10x2 мм из порошкообразного материала на основе жаропрочного кобальтового сплава марки CoCr (российская маркировка сплава КХС-«Д») и стали 12Х18Н10Т. Толщина наносимых функциональных слоев составляла 50 мкм. Каждый слой порошкового материала обрабатывали сфокусированным лазерным лучом. Средний размер частиц порошка для обоих материалов составлял 36 мкм. Лазерный луч генерировался иттербиевым оптоволоконным лазером и имел длину волны 1,06…1,07 мкм. Скорость перемещения лазерного луча составляла 400 мм/с, диаметр пятна лазерного луча - 150 мкм, мощность лазерного источника - 200 Вт, режим работы лазерного источника - непрерывный, расстояние между соседними проходами лазерного луча - 100 мкм.

Обработку переплавленных слоев после лазерного сканирования проводили алмазным чашечным коническим шлифовальным кругом 2724-0028 ГОСТ 16172-90, что обеспечивало плоскостность поверхности слоя. Частота вращения круга составляла 2800 об/мин, скорость перемещения - 10 м/мин, глубина шлифования - 5…8 мкм. Шлифование функционального слоя изготавливаемого изделия с размерами 10×10 мм осуществляли за два прохода: на прямом и обратном ходах шлифовального круга.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет обеспечить расширение технологических возможностей и номенклатуры обрабатываемых порошков, а также обеспечить стабильность получения высоких физико-механических свойств градиентного покрытия или готового изделия за счет применения новой конструкции, основанной на траверсе портального типа с установленной на ней револьверной головкой и отдельного сборщика порошка, а также за счет используемого механического средства обеспечения плоскостности обрабатываемых слоев в виде шлифовального узла, установленного на револьверной головке, что приводит к сохранению стабильных по объему изделия полученных методом СЛП микроструктур и определяет высокий уровень механических характеристик готового к эксплуатации градиентного покрытия или изделия.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для получения градиентных покрытий или изделий из порошкообразных материалов сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсных порошков методом селективного лазерного плавления и/или спекания по компьютерной 3-D модели и может найти применение в различных отраслях машиностроения, например, для изготовления сверхпрочных, жаростойких деталей и узлов.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims (2)

1. Устройство для послойного получения градиентных материалов из порошков, содержащее герметичную рабочую камеру, лазер, рабочий бункер с поршнем, выполненным с возможностью перемещения в вертикальном направлении, средства нанесения порошков в виде бункеров для точечного дозирования различных порошковых материалов на рабочую поверхность, установленных на многопозиционной револьверной головке, отличающееся тем, что оно содержит средство удаления порошкового материала в виде колпака, выполненного с возможностью подвода и отвода рабочего бункера с герметичным охватом рабочей поверхности и снабженного средством подачи очищающего агента и средством для отсоса порошкового материала, причем многопозиционная револьверная головка установлена в рабочей камере с возможностью вращательного и плоскопараллельного перемещения на траверсе, а одна из позиций револьверной головки оснащена шлифовальным средством, обеспечивающим послойную плоскостность спекаемого порошкового материала.

2. Устройство п. 1, отличающееся тем, что средство подачи очищающего агента выполнено в виде не менее двух периферийных подводов.

Images