RU165868U1 - Устройство для получения изделий из порошковых материалов - Google Patents
Устройство для получения изделий из порошковых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU165868U1 RU165868U1 RU2015156714/02U RU2015156714U RU165868U1 RU 165868 U1 RU165868 U1 RU 165868U1 RU 2015156714/02 U RU2015156714/02 U RU 2015156714/02U RU 2015156714 U RU2015156714 U RU 2015156714U RU 165868 U1 RU165868 U1 RU 165868U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- powder
- radiation
- distribution
- scanner
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
1. Устройство для получения изделий из порошковых материалов, содержащее рабочий стол с зоной спекания, лазерный излучатель, сканатор с фокусирующей F-theta линзой, установленные с возможностью формирования лучевого тракта от лазерного излучателя к зоне спекания, расположенной в фокальной плоскости F-theta линзы, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемым преобразователем распределения интенсивности лазерного излучения, размещенным между лазерным излучателем и сканатором так, что его оптическая ось совпадает с лучевым трактом, и камерой с фильтром, установленной в фокальной плоскости F-theta линзы и в зоне действия сканатора, при этомP<P/k,где P- мощность лазерного излучателя;P- предельно допустимая мощность излучения, воспринимаемая камерой;k- коэффициент пропускания лазерного излучения.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве регулируемого преобразователя распределения интенсивности лазерного излучения использован piShaper.
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 сверхпрочных, жаростойких деталей и узлов.
Из уровня техники известно устройство послойного получения изделий из порошкообразного материала компании Phenix System (Франция) (Патент США US 7789037, B05C 13/00, 2006 г.). Согласно патенту устройство состоит из следующих основных частей:
- станочная часть с входящими в нее механизмами и устройствами;
- лазер с системой сканирования;
- система управления.
Станочная часть устройства выполнена в виде коробчатой конструкции, обладающей высокой жесткостью для базирования всех остальных узлов. В станочную часть комплекса входят следующие основные узлы и оборудование:
- каркас с камерой ограждения;
- устройство разравнивания порошка;
- рабочая платформа;
- устройство подачи порошка;
- защитная камера;
- газовое оборудование и охлаждение;
- электрооборудование.
Каркас, закрепленный на фундаменте, является базовым узлом. Он представляет из себя конструкцию коробчатой формы, состоящую из металлических труб квадратного сечения. На каркасе установлены все основные узлы (герметичная камера, камера ограждения и др.).
Камера ограждения состоит из панелей, закрепленных снаружи каркаса.
Устройство разравнивания порошка совершает возвратно-поступательное движение в горизонтальном направлении благодаря электроприводу. Ролик, совершая возвратно-поступательные движения, перетаскивает, разравнивает и уплотняет порошок на рабочей платформе. Материал порошков: любые керамические и металлические порошки (диаметр гранул 10-100 мкм).
Рабочая платформа закреплена снизу высокоточной плиты устройства разравнивания порошка. Рабочая платформа имеет форму колодца, внутри которого перемещается вверх или вниз рабочий стол с высокой точностью позиционирования (до ±0,005 мм).
Устройство подачи порошка закреплено снизу высокоточной плиты механизма разравнивания порошка. Устройство подачи порошка имеет форму колодца, внутри которого перемещается вверх или вниз стол подачи порошка.
Защитная камера закрепляется сверху высокоточной плиты механизма разравнивания порошка. Она образует замкнутое пространство, в которое может подаваться защитный газ (аргон, азот и др.). При необходимости пространство в герметичной камере может нагреваться до 900°C.
Газовое оборудование и охлаждение. Газовое оборудование осуществляет создание в защитной камере необходимой атмосферы (аргоновой, азотной и др.). Система охлаждения установки осуществляет охлаждение волоконного лазера.
Волоконный лазер мощностью 50 или 100 Вт (в зависимости от комплектации) подключен к сканирующей системе (сканатору). Сканатор позволяет фокусировать лазерный луч и управлять им в двух пространственных направлениях, тем самым обрабатывать (переплавлять) необходимые зоны в нанесенном на рабочий стол очередном слое порошка. Сфокусированный лазерный луч имеет Гауссово (ТЕМ00) распределение интенсивности лазерного излучения в фокальной плоскости.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности изменения распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, а также отсутствие контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, что приводит к неоднородному и неконтролируемому распределению интенсивности лазерного излучения в переплавляемой зоне, оказывая влияние на качество формируемой детали.
Современные (на 2015 г.) промышленные установки селективного лазерного плавления, такие как: Eosint М280 (фирма «Electro Optical Systems», Германия) [http://www.eos.info/systems_solutions/metal/systems_equipment/eosint_m280 дата обращения 10.12.2015 г.], Concept Laser М3 Linear (фирма «Concept Laser», Германия) [http://www.concept-laser.ru/products/m3 дата обращения 10.12.2015 г.], SLM 280HL (фирма «SLM Solutions)), Германия) [http://www.stage.slm-solutions.com/index.php?slm-280_en дата обращения 10.12.2015 г.], - имеют Гауссово (ТЕМ00) распределение интенсивности лазерного излучения в фокальной плоскости в сфокусированном лазерном луче.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности изменения распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, а также отсутствие контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, что приводит к неоднородному и неконтролируемому распределению интенсивности лазерного излучения в переплавляемой зоне, оказывая влияние на качество формируемой детали.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является устройство для получения изделий из порошковых материалов, содержащее функционально связанные систему управления и исполнительные механизмы, включающие рабочий стол с зоной спекания и лазерный излучатель со сканатором с фокусирующей F-theta линзой, установленные с возможностью формирования лучевого тракта от лазерного излучателя к зоне спекания, расположенной в фокальной плоскости F-theta линзы (патент РФ на изобретение №2487779, B22F 3/105, В23К 26/00, 2012 г.). Согласно патенту устройство для лазерного спекания изделий из порошковых материалов методом послойного синтеза содержит: герметичную камеру, рабочий стол, стол для спекания, механизм подачи порошка на рабочий стол, устройство для сбора избыточного порошка и устройство для выравнивания слоев порошков, включающее каретку с ножом, перемещаемую над поверхностью рабочего стола с помощью привода, отличающаяся тем, что каретка выполнена в виде корпусной детали прямоугольной формы и снабжена установленными на ее торцах Г-образными кронштейнами, размещенными в двух параллельных пазах, выполненных в рабочем столе по бокам его рабочей зоны, и корпусом разравнивающего ножа, установленным на ее передней кромке, при этом на концах Г-образных кронштейнов расположены ползуны, установленные на направляющих, закрепленных на нижней поверхности рабочего стола, а рабочий стол снабжен устройствами защиты пазов.
Также устройство отличается тем, что защита пазов выполнена в виде бесконечных лент, установленных на вращающихся барабанах, закрепленных на нижней поверхности рабочего стола, пропущенных над прорезями и закрепленных на торцах каретки, при этом вращающиеся барабаны снабжены устройствами их перемещения для регулировки натяжения лент.
Устройство имеет твердотельный волоконный лазер с изменяемой мощностью. Длина волны лазера λ=1,06 мкм. Диапазон регулирования мощности лазера от 30 Вт до 200 Вт. Лазер через оптоволокно и коллиматор подключен к трехосевому сканатору. Сканатор позволяет фокусировать лазерный луч и управлять им в двух пространственных направлениях. Лазерный луч имеет Гауссово (ТЕМ00) распределение интенсивности лазерного излучения. Мощность лазерного излучения контролируется на выходе из лазера.
Система управления формирует управляющие команды для исполнительных органов устройства и управляет устройством в автоматическом режиме.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности изменения распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, а также отсутствие контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, что в конечном итоге снижает качество изготовления преимущественно сложнопрофильных деталей, а именно: получение тонких однородных стенок с минимальной пористостью и высоким качеством наружной поверхности (низкой шероховатостью), получение деталей с более высокой точностью линейных размеров и однородной мелкозернистой структурой, обладающей высокими физико-механическими свойствами.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является получение контролируемого распределения интенсивности лазерного излучения в зоне спекания.
Технический результат - повышение качества за счет формирования однородной мелкозернистой микроструктуры с минимальной пористостью и низкой шероховатостью.
Заявленный технический результат, получаемый при решении поставленной технической задачи, достигается тем, что устройство для получения изделий из порошковых материалов, содержащее функционально связанные систему управления и исполнительные механизмы, включающие рабочий стол с зоной спекания и лазерный излучатель со сканатором с фокусирующей F-theta линзой, установленные с возможностью формирования лучевого тракта от лазерного излучателя к зоне спекания, расположенной в фокальной плоскости F-theta линзы, снабжено подключенными к системе управления регулируемым преобразователем распределения интенсивности лазерного излучения, размещенным между лазерным излучателем и сканатором так, что его оптическая ось совпадает с лучевым трактом, и камерой, установленной в фокальной плоскости F-theta линзы в зоне действия сканатора вне зоны формирования изделия, оснащенной фильтром с коэффициентом пропускания лазерного излучения kп так, что Pл<Pк.пред./kп, где Pл - мощность лазерного излучателя; Pк.пред. - предельно допустимая мощность излучения, воспринимаемая камерой, оптимально в качестве регулируемого преобразователя распределения интенсивности лазерного излучения использовать piShaper.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где схематично изображены на:
фиг. 1 - устройство для получения изделий из порошковых материалов (осевой разрез);
фиг. 2 - виды распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном луче;
фиг. 3 - внешний вид типового преобразователя распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном луче.
Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.
В процессе реализации метода СЛП происходит полное и/или частичное расплавление частиц порошка лазерным лучом. Все промышленные установки (на 2015 г), работающие на основе метода СЛП, имеют Гауссово (ТЕМ00) распределение интенсивности лазерного излучения (фиг. 2, а). Гауссово (ТЕМ00) распределение интенсивности лазерного излучения в фокальной плоскости в сфокусированном лазерном луче при обработке порошкового слоя имеет ряд недостатков: имеющийся в центре лазерного сфокусированного пятна высокий пик энергии при сообщении избыточной энергии может испарять часть порошкового материал в то время, как на периферии лазерного сфокусированного пятна, воздействия энергии для расплавления порошка, может быть, не достаточно. Также, возможен, следующий эффект: ближе к центру сфокусированного лазерного пятна частицы порошкового материала переходят в жидкое состояние, образуя ванну расплава, однако, частицы порошка, расположенные дальше от центра зачастую не успевают перейти в жидкое состояние, они частично оплавляются и застывают на периферии ванны расплава, ухудшая тем самым качество переплавленной зоны. Поскольку при методе СЛП деталь формируется полностью из переплавленных зон, то и качество всей детали ухудшается. Потеря качества детали может выражаться в следующем: формировании толстостенных элементов в сравнении с диаметром пятна сфокусированного лазерного луча, например при лазерном сфокусированном луче в 150 мкм, минимальная толщина получаемой стенки составляет 300-400 мкм и более; высокой шероховатости наружной поверхности до Ra 12,5 и более; потерей точности линейных размеров до ±0,2 мм и более; формировании неоднородных по объему изделия полученных методом СЛП микроструктур с наличием пор и пустот, что определяет низкий уровень механических свойств.
Однако наравне с Гауссовым распределением интенсивности лазерного излучения в лазере могут быть и другие виды распределения. Наиболее интересные с точки зрения применения в методе СЛП распределения интенсивности лазерного излучения в лазере в виде «Плоский верх» (фиг. 2, б) и «Анти Гаусс», (фиг. 2, в), т.к. позволяют избежать неоднородности распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне, особенно на периферии лазерного пятна.
Известны приборы, позволяющий получать различные распределения энергии в сфокусированном лазерном луче для разных типов лазеров [http://www.pishaper.com/pdfs/icaleo2012_creating_round_sq_flattop.pdf дата обращения 10.12.2015 г.]. Пример внешнего вида преобразователя распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном луче - прибор pishaper - приведен на Фиг. 3 [http://www.pishaper.com/ дата обращения 10.12.2015 г.]. Вращая наружную шайбу (фиг. 3), прибора pishaper можно изменять виды распределения энергии в сфокусированном луче, получая различные распределения в виде «Плоский верх» или ««Анти Гаусс», при этом лазерный луч после выхода из прибора pishaper должен обязательно пройти через фокусирующую линзу (фиг. 3). Например, прибор pishaper может работать с фокусирующей линзой типа F-theta, которая применяется в сканаторах. Настройка и управление прибором pishaper осуществляется за счет вращения наружной шайбы (фиг. 3). Вращение наружной шайбы в приборе pishaper, производится вручную при настройке оптико-лазерной системы. Данная ручная настройка является крайне трудоемкой, поскольку необходимо достаточно точно (до 
) позиционировать наружную шайбу, а также ручная настройка является крайне ненадежной применительно к методу селективного лазерного плавления, т.к. изготовление детали методом селективного лазерного плавления может происходить несколько суток (до 5-7 суток) в автоматическом режиме. При длительной работе оптико-лазерной системы (до 5-7 суток) часто происходят сбои в работе, вызванные следующими причинами: нестабильностью работы лазера (нестабильность выдаваемой мощности лазерного излучения); тепловым нагревом элементов оптико-лазерной системы, что может, приводить к потери точной настройки прибора pishaper; попаданием пылинок или мусора в элементы оптико-лазерной системы и др. Данные сбои приводят к отклонению картины распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном луче из-за чего происходит, потеря стабильности процесса селективного лазерного плавления и, в конечном итоге, потеря физико-механических свойств и качества поверхности изготавливаемой детали.
В заявленном решении предлагается использовать электропривод управляемый через систему управления, который будет с высокой точностью вращать наружную шайбу (фиг. 3) прибора pishaper, а также предлагается использовать систему контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне. Система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне состоит из:
- камеры для измерения распределения интенсивности лазерного излучения, также данная камера может контролировать геометрических характеристик лазерного луча;
- фильтра, который обеспечивает защиту камеры от излишней мощности лазерного луча.
Фильтр должен иметь коэффициентом пропускания лазерного излучения kп так, что
Pл<Pк.пред./kп, где
Pл - мощность лазерного излучателя, Вт;
Pк.пред. - предельно допустимая мощность излучения, воспринимаемая камерой, Вт.
Система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне будет отслеживать характеристики лазерного излучения и в случае их критического отклонения от необходимых значений посылать сигнал в систему управления. Система управления через электропривод будет регулировать прибор pishaper и тем самым проводить корректировку характеристик лазерного луча в автоматическом режиме. Другими словами, в предлагаемом решении будет присутствовать обратная связь между оптико-лазерной системой и реальными характеристиками лазерного луча в зоне обработки, реализованная через систему управления.
Предлагаемое решение обладает рядом преимуществ:
- возможностью достижения в сфокусированном лазерном луче распределения интенсивности излучения в виде «Плоский верх» или «Анти Гаусс», что должно обеспечивать более однородное и равномерное переплавление порошка в зоне лазерного воздействия;
- автоматическим контролем интенсивности лазерного излучения и геометрических характеристик лазерного луча (соосности, симметрии, эллипсности и др.);
- возможностью автоматической корректировки характеристик лазерного луча в процессе изготовления детали.
Все вышеперечисленные преимущества обеспечивают получение тонкостенных элементов методом СЛП с минимальной пористостью, высоким качеством наружной поверхности (низкой шероховатостью), а также получение деталей с более высокой точностью линейных размеров и однородной мелкозернистой структурой, обладающей высокими физико-механическими свойствами.
Устройство для получения изделий из порошковых материалов состоит из следующих основных деталей, узлов и оборудования (фиг. 1):
- каркас 1;
- высокоточная плита 2;
- защитная камера 3;
- рабочий бункер 4;
- поршень 5;
- подложка 6;
- бункер сбора излишков порошка 7;
- разравнивающий нож 8;
- бункер подачи порошка 9;
- оптико-лазерная система 10;
- система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне 11;
- общая система управления 12.
Каркас 1 (фиг. 1) изготавливается в виде сварной или сборной жесткой конструкции коробчатой формы из металлических труб.
Высокоточная плита 2 (фиг. 1) устанавливается на каркасе 1 и содержит сквозное отверстие 13 необходимое для перемещения в нем подложки 6 вместе с поршнем 5. Также в высокоточной плите 2 предусмотрено отверстие 14 для ссыпания через него излишков порошка в бункер сбора излишков порошка 7 и отверстие 15 для подачи порций порошка бункером подачи порошка 9.
Защитная камера 3 устанавливается на высокоточную плиту 2. Защитная камера 3 необходима для создания защитной атмосферы из газа Азота (или Аргона и др. в зависимости от технологической необходимости) в которой происходит процесс спекания. Внутри защитной камеры 3 возможно осуществление подогрева рабочего пространства до необходимой температуры с целью снижения теплового градиента при формировании изделия. Подогрев рабочего пространства осуществляется при помощи встроенного в поршень 5 нагревательного элемента 16.
Рабочий бункер 4 установлен на нижней плоскости 17 высокоточной плиты 2 и имеет форму «колодца» квадратного сечения, внутри которого поршень 5 может осуществлять вертикальное возвратно-поступательное перемещение благодаря электроприводу (на фиг. 1 не показан). На поршне 5 установлена подложка 6, на которой происходит формирование изделия. После того как изделие изготовлено оно извлекается из устройства вместе с подложкой 6.
Бункер сбора излишков порошка 7 установлен на нижней плоскости 17 высокоточной плиты 2 и предназначены для сбора излишков порошка.
Разравнивающий нож 8 установлен консольно на задней стенке камеры 3 и имеет возможность горизонтального возвратно-поступательного перемещения параллельно верхней плоскости 18 высокоточной плиты 2 благодаря электроприводу (на фиг. 1 не показан).
Бункер подачи порошка 9 предназначен для подпитки рабочего бункера 4 новыми не подвергнутыми лазерной обработке порциями порошка, которые при совместной работе с разравнивающим ножом 8 расстилаются тонким слоем по поверхности подложки 6 (в случае нанесения первого слоя порошка), либо по поверхности обработанного перед этим предыдущего слоя порошка.
Оптико-лазерная система 10 (фиг. 1) установлена на верхней стенке камеры 3. Оптико-лазерная система 10 в свою очередь состоит из:
- источника генерации лазерного луча 19;
- системы транспортировки лазерного луча 20;
- расширителя лазерного луча 21;
- прибор pishaper 22;
- электропривода 23;
- сканатора 24.
Источник генерации лазерного луча 19 необходим для генерации лазерного луча с Гауссовым распределением интенсивности излучения.
Система транспортировки лазерного луча 20 позволяет транспортировать лазерное излучение от источника генерации лазерного луча с сохранением необходимых оптико-физических характеристик лазерного луча.
Расширитель лазерного луча 21 (англ. тер. «Beam Expander») необходим для увеличения диаметра луча лазера с целью уменьшения интенсивности лазерного излучения, приходящей в последствии в сканатор 24. Расширитель лазерного луча 21, может, отсутствовать, если необходимый диаметр луча лазера получается сразу на выходе из системы транспортировки лазерного луча 20.
Прибор pishaper 22 во взаимодействии со сканатором 23 может создавать сфокусированный лазерный луч с распределением интенсивности излучения в виде «Плоский верх» или «Анти Гаусс». Прибор pishaper 22 закреплен на подвижном штативе 25, позволяющем настраивать его соосность относительно лазерному лучу, выходящему из расширителя луча 21. Прибор pishaper 22 управляется электроприводом 23. Электропривод 23 в свою очередь управляется общей системой управления 12.
Сканатор 24 состоит из двух поворотных ортогонально расположенных зеркал (на фиг. 1 не показаны) и линзы F-theta (на фиг. 1 не показана) на выходе. Ортогонально расположенные зеркала вращаются прецизионными гальваническими приводами малой дискретности (на фиг. 1 не показаны). В соответствии с углами их поворота, луч лазера направляется на требуемую точку на плоскости, т.е. происходит управление лучом лазера вдоль двух перпендикулярных направлений. Фокусирующая линза F-theta имеет сложную форму и необходима для сохранения размера диаметра пятна лазера постоянным по всему полю сканирования.
Система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне 11 (фиг. 1) консольно закреплена на кронштейне 26 на задней стенке камеры 3. Система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне 11 в свою очередь состоит из: камеры 27 для измерения распределения интенсивности в лазерном луче, а также для измерения геометрических характеристик лазерного луча (например, такие геометрические характеристики лазерного луча как: диаметр луча, соосность, симметрия, эллипсность и др.); фильтра 28, позволяющего ослабить интенсивность лазерного излучения до предельно допустимого значения, приемлемого для нормального функционирования камеры 27. Фильтр должен иметь коэффициентом пропускания лазерного излучения kп так, что
Pл<Pк.пред./kп, где
Pл - мощность лазерного излучателя, Вт;
Рк.пред. _ предельно допустимая мощность излучения, воспринимаемая камерой, Вт.
Система контроля распределения интенсивности лазерного излучения в лазерном пятне 11 связана с системой управления.
Устройство для получения изделий из порошковых материалов 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.
В защитной камере 3 (фиг. 1) рабочее пространство нагревается до необходимой температуры, как правило 70-100°C, нагревательным элементом 16.
Поршень 5 в рабочем бункере 4 опускается вниз вместе с подложкой 6 на величину необходимого слоя порошка, который будет подвергнут лазерной обработке.
Бункер подачи порошка 9 поднимает порцию порошка с необходимым запасом над верхней плоскостью 18 высокоточной плиты 2.
Разравнивающий нож 8 находящийся в крайнем правом положении перемещается влево (фиг. 1 показано пунктиром). По ходу движения нож сгребает порцию порошка над бункером подачи порошка и, проходя над рабочей платформой, наносит равномерный слой порошка на подложку 6. Остатки лишнего порошка разравнивающий нож 8 сбрасывает в бункер сбора излишков порошка 7.
Разравнивающий нож 8 возвращается в крайнее правое положение.
В источнике генерации лазерного луча 19 формируется лазерный луч с Гауссовым распределением интенсивности излучения и необходимой мощности. Пройдя через систему транспортировки лазерного луча 20 и расширитель лазерного луча 21, луч попадает в прибор pishaper 22. Прибор pishaper 22 во взаимодействии со сканатором 24 при помощи двух поворотных ортогонально расположенных зеркал и линзы F-theta на выходе из сканатора 24, формирует в фокальной плоскости распределение интенсивности излучения виде «Плоский верх» или «Анти Гаусс» в зависимости от команды, поступившей из общей системы управления 12 и реализованной благодаря электроприводу 23. Контроль характеристик лазерного луча 29 может осуществляться в любой момент. Лазерный луч 29 направляется на фильтр 28, проходя через который, луч теряет часть мощности и попадает в камеру 27. Благодаря камере 27 и ее программному обеспечению в автоматическом режиме происходит оценка интенсивности лазерного излучения, а также геометрических характеристик лазерного луча (симметричности, эллипсности и др.). В случает отклонения реальных значений интенсивности лазерного излучения, геометрических характеристик лазерного луча от задаваемых, происходит автоматическая коррекция задаваемых значений через систему управления.
Лазерный луч 29, генерируемый и управляемый оптико-лазерной системой 10, по программе селективно переплавляет нанесенный слой порошка.
Далее на подложку 6 наносится новый слой порошка и процесс повторяется до полного изготовления изделия. При этом всю последовательность технологических процессов осуществляют в автоматическом режиме в технологически регламентированных условиях посредством специальных программно-аппаратных средств во взаимодействии с системой управления 12.
Вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - получение контролируемого распределения интенсивности лазерного излучения в зоне спекания - решена, а заявленный технический результат - повышение качества за счет формирования однородной мелкозернистой микроструктуры с минимальной пористостью и низкой шероховатостью - достигнут.
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 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 относится к области порошковой металлургии, в частности к получению объемных изделий путем лазерного селективного спекания или плавления по компьютерной модели из различных мелкодисперсных порошковых материалов путем синхронного сканирования поверхности порошкового слоя лазерным источником с малым пятном фокусировки и может быть использована для производства деталей сложной формы в различных отраслях машиностроения;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и/или 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 условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (2)
1. Устройство для получения изделий из порошковых материалов, содержащее рабочий стол с зоной спекания, лазерный излучатель, сканатор с фокусирующей F-theta линзой, установленные с возможностью формирования лучевого тракта от лазерного излучателя к зоне спекания, расположенной в фокальной плоскости F-theta линзы, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемым преобразователем распределения интенсивности лазерного излучения, размещенным между лазерным излучателем и сканатором так, что его оптическая ось совпадает с лучевым трактом, и камерой с фильтром, установленной в фокальной плоскости F-theta линзы и в зоне действия сканатора, при этом
Pл<Pк.пред./kп,
где Pл - мощность лазерного излучателя;
Pк.пред. - предельно допустимая мощность излучения, воспринимаемая камерой;
kп - коэффициент пропускания лазерного излучения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве регулируемого преобразователя распределения интенсивности лазерного излучения использован piShaper.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156714/02U RU165868U1 (ru) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Устройство для получения изделий из порошковых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156714/02U RU165868U1 (ru) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Устройство для получения изделий из порошковых материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU165868U1 true RU165868U1 (ru) | 2016-11-10 |
Family
ID=57280608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015156714/02U RU165868U1 (ru) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Устройство для получения изделий из порошковых материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU165868U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018074991A1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | Hewlett-Packard Development Company, Lp | Recoater carriage |
| WO2018182599A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Hewlett Packard Development Company, L.P. | Build material preparation in additive manufacturing |
| RU2678694C1 (ru) * | 2018-04-18 | 2019-01-31 | Акционерное общество "Лазерные системы" (АО "Лазерные системы") | Установка селективного лазерного сплавления или спекания |
-
2015
- 2015-12-29 RU RU2015156714/02U patent/RU165868U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018074991A1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | Hewlett-Packard Development Company, Lp | Recoater carriage |
| US11267197B2 (en) | 2016-10-17 | 2022-03-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Recoater carriage |
| WO2018182599A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Hewlett Packard Development Company, L.P. | Build material preparation in additive manufacturing |
| RU2678694C1 (ru) * | 2018-04-18 | 2019-01-31 | Акционерное общество "Лазерные системы" (АО "Лазерные системы") | Установка селективного лазерного сплавления или спекания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10926336B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| US12030248B2 (en) | Device and method for producing three-dimensional workpieces | |
| JP2020514140A (ja) | 付加製造装置における材料の予熱 | |
| EP3650204B1 (en) | Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects | |
| RU165868U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошковых материалов | |
| EP3243634B1 (en) | Three-dimensional additive fabrication device, and method for controlling three-dimensional additive fabrication device | |
| CN111497235B (zh) | 用于增材制造机器的重涂覆组件 | |
| JP6600278B2 (ja) | 選択型ビーム積層造形装置及び選択型ビーム積層造形方法 | |
| US10919114B2 (en) | Methods and support structures leveraging grown build envelope | |
| US11787107B2 (en) | Lifting system for device and a method for generatively manufacturing a three-dimensional object | |
| CN108067617B (zh) | 用于添加式地制造三维物体的设备 | |
| JP2020075505A (ja) | 溶融プール監視システム及びマルチレーザ付加製造プロセスにおけるエラー検出方法 | |
| RU152433U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов | |
| JP6880110B2 (ja) | ３次元の物体を付加製造する装置及び３次元の物体を付加製造する装置を構成する方法 | |
| EP3713694B1 (en) | Apparatus and method for producing a three-dimensional work piece | |
| WO2018234984A1 (en) | CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN ENERGY BEAM IN AN ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS | |
| RU154761U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов | |
| CN111201099B (zh) | 制造三维工件的设备和方法 | |
| Islam et al. | Comparison of theoretical and practical studies of heat input in laser assisted additive manufacturing of stainless steel | |
| EP4026634A1 (en) | Am device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201230 |