RU208175U1 - Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза - Google Patents
Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза Download PDFInfo
- Publication number
- RU208175U1 RU208175U1 RU2021123718U RU2021123718U RU208175U1 RU 208175 U1 RU208175 U1 RU 208175U1 RU 2021123718 U RU2021123718 U RU 2021123718U RU 2021123718 U RU2021123718 U RU 2021123718U RU 208175 U1 RU208175 U1 RU 208175U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- powder
- laser diode
- laser
- hopper
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
Полезная модель относится к области аддитивных технологий и предназначена для послойного синтеза деталей сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного полимерного порошка. Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза содержит силовую раму с размещенной на ней герметичной камерой. В камере с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения установлен нож, снабженный галогенными нагревателями, и подвижная лазерная диодная головка с лазерной диодной матрицей внутри, состоящей из набора автономных лазерных диодов. Обеспечивается повышение производительности послойного синтеза деталей и расширение спектра возможных к применению полимерных порошков за счет использования различных видов лазерного излучения. 7 ил.
Description
Полезная модель относится к области аддитивных технологий и предназначена для послойного синтеза деталей сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного полимерного порошка с использованием лазерного излучения по данным трехмерной компьютерной модели.
Известно устройство послойного получения изделий из порошкообразного материала компании Phenix Systems (патент США 7789037, опубл. 07.09.2010 г.).
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности послойного синтеза деталей из полимеров, в том числе из порошков на основе полиамидов, полиэфиэфиркетонов с предварительным подогревом нанесенного слоя порошка до температуры стеклования.
Другим устройством, известным из уровня техники, является установка для изготовления деталей методом послойного синтеза (патент РФ на изобретение №2487779, опубл. 20.07.2013 г.).
Недостатками данного устройства также является отсутствие возможности послойного синтеза деталей из полимеров, в том числе и порошков на основе полиамидов, полиэфиэфиркетонов с предварительным подогревом нанесенного слоя порошка до температуры стеклования.
Другим устройством, известным из уровня техники, является устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания (патент РФ на изобретение №2710821 опубл. 14.01.2020 г.).
Недостатком данного устройства является низкая производительность процесса послойного синтеза деталей, которая составляет максимум 5 мм по высоте в час, а также возможность применения только СО2-лазера с длиной волны 10,6 мкм, что далеко не оптимально для различных видов полимерных порошков, что в конечном итоге снижает спектр возможных к применению полимерных порошков.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является выбранное в качестве прототипа установка для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом послойного селективного лазерного спекания, содержащее лазерно-оптический узел, внутреннюю герметичную камеру с установленным на ней пирометром и герметичной дверью, систему нагрева нанесенного слоя порошка до температуры стеклования и поддержания стабильных тепловых режимов, рабочий стол, съемный бункер построения детали, механизм нанесения и разравнивания слоев порошка с электроприводом, обеспечивающий прием порошка из бункеров подачи, формирование слоя порошка и сброс излишков порошка в бункеры сбора порошка (https://www.bibusmenos.pl/fileadmin/editors/countries/bimen/DSP/Dokumenty/P800.pdf, найдено в Интернет 10.11.2020).
Недостатками известной установки, в том числе техническими проблемами, являются низкая производительность, т.к. максимальная скорость послойного синтеза деталей составляет 7 мм/час по высоте для рабочей зоны площадью 700×380 мм, а также ограничение в виде применения только CO2-лазера с длиной волны 10,6 мкм, что далеко не оптимально для различных видов полимерных порошков и в конечном итоге снижает спектр возможных к применению полимерных порошков.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение производительности послойного синтеза деталей за счет изменения конструкции механизма разравнивания порошка и конструкции лазерной диодной головы, а также расширение спектра возможных к применению полимерных порошков за счет использования различных видов лазерного излучения с длиной волны от 2 до 11 мкм.
Технический результат достигается тем, что устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза, содержащее силовую раму с размещенной на ней герметичной камерой, установленный в последней с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формования слоя изделия нож и сообщенные с герметичной камерой сканаторы и бункеры изготовления, сбора и подачи порошка, снабжено размещенными на ноже кварцевыми галогенными нагревательными элементами и установленной в герметичной камере подвижной лазерной диодной головой с лазерной диодной матрицей внутри, состоящей из набора автономных лазерных диодов.
Техническое решение поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 - аксонометрический вид устройства для получения изделий из полимеров методом послойного синтеза
На фиг. 2 - ортогональный вид сверху устройства для получения изделий из полимеров методом послойного синтеза
На фиг. 3 - сечение А-А с фиг. 2
На фиг. 4 - местный вид Б с фиг. 3
На фиг. 5 - местный вид В с фиг. 3
На фиг. 6 - сечение Г-Г с фиг. 5
На фиг. 7 - структурная схема автономного лазерного диода.
Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза содержит силовую раму 1 (фиг. 3) с размещенной на ней герметичной камерой 2, установленный в последней с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формования слоя изделия нож 3 (фиг. 4) и сообщенные с герметичной камерой 2 (фиг. 3) сканаторы 4, 5, сменный бункер 6 изготовления, бункеры 7, 8 сбора и бункеры 9, 10 подачи порошка. При этом устройство снабжено размещенными на ноже 3 (фиг. 4) кварцевыми галогенными нагревательными элементами 11 и установленной в герметичной камере 2 (фиг. 3) подвижной лазерной диодной головой 12 с лазерной диодной матрицей 13 (фиг. 5) внутри, состоящей из набора автономных лазерных диодов 14.
Силовая рама 1 (фиг. 3) является несущим узлом для базирования всех основных элементов устройства.
Герметичная камера 2 предназначена для создания замкнутого пространства (в совокупности с остальными узлами и деталями, описанными ниже), внутри которого поддерживается стабильная высокая температура (до 400°С) и создается защитная атмосфера из газа азота или аргона. Создание стабильных горячих тепловых режимов в герметичной камере 2 необходимо для доведения полимерного порошка до температуры стеклования с целью последующего его спекания лазерными лучами, а также для защиты изготавливаемой детали от термических поводок и искажений. Создание защитной атмосферы в герметичной камере 2 необходимо для защиты изготавливаемой детали от окисления. Герметичная камера 2 герметично установлена на верхней плоскости плиты 15 нанесения слоев порошка.
К нижней плоскости плиты 15 нанесения слоев порошка герметично прилегают левый бункер 7 сбора излишков порошка и правый бункер 8 сбора излишков порошка, а также сменный бункер 6 изготовления. Левый бункер 7 сбора излишков порошка и правый бункер 8 сбора излишков порошка предназначены для сбора излишков порошка.
Сменный бункер 6 изготовления образует замкнутое пространство для изготавливаемой послойно детали (или нескольких деталей за один цикл) вместе с неподверженным лазерному излучению порошком. В боковые стенки сменного бункера 6 изготовления встроены нагреватели 16. Нагреватели 16 управляются программно от общей системы управления устройством и могут нагревать пространство сменного бункера 6 изготовления до температуры 400°С, а также поддерживать необходимые стабильные тепловые режимы. После окончания построения детали, сменный бункер 6 изготовления медленно программно охлаждается. После охлаждения до температуры окружающей среды сменный бункер 6 изготовления может удаляться из устройства для удобства извлечения из него изготовленной детали и очистки от неспеченного порошка.
При изготовлении детали внутри сменного бункера 6 изготовления вертикально перемещается рабочий стол 17 (координата Z). Между наружным контуром рабочего стола 17 и внутренними стенками сменного бункера 6 изготовления расположены герметичные прокладки. Рабочий стол 17 имеет возможность точного вертикального перемещения за счет поршня 18, который в свою очередь перемещается благодаря электроприводу. Нижняя плоскость рабочего стола 17 имеет возможность сцепления-расцепления с поршнем 18. Перед изготовлением при установке чистого сменного бункера 6 изготовления проводится сцепление рабочего стола 17 с поршнем 18, а при извлечении сменного бункера 6 изготовления предварительно происходит расцепление рабочего стола 17 с поршнем 18. Таким образом, сменный бункер 6 изготовления извлекается из устройства вместе с рабочим столом 17.
Перед началом изготовления новой детали в устройство устанавливается чистый и пустой сменный бункер 6 изготовления и герметично поджимается к нижней плоскости плиты 15 нанесения слоев порошка.
На верхней плоскости рабочего стола 17 установлен нагреватель 19 стола, который управляется программно от общей системы управления устройством и может обеспечить нагрев рабочего стола до температуры 400°С, а также поддерживать необходимые стабильные тепловые режимы. Это необходимо для защиты изготавливаемой детали из полимерного материала от теплового коробления.
К верхней поверхности герметичной камеры 2 герметично прилегают левый бункер 9 подачи порошка и правый бункер 10 подачи порошка. Левый бункер 9 подачи порошка и правый бункер 10 подачи порошка при помощи дозирующих валов 20, имеющих возможность вращения вокруг своей оси (координаты В1 и В2) благодаря электроприводу через воронку 21 осуществляют подачи порций порошка в механизм 22 нанесения слоев порошка.
Механизм 22 нанесения слоев порошка имеет возможность горизонтального перемещения (координата X1) благодаря электроприводу (на фигурах не показан). Механизм 22 нанесения слоев порошка предназначен для нанесения слоев порошка и состоит из ножа 3 (фиг. 4), уплотняющих роликов 23 и двух кварцевых галогенных нагревательных элементов 11. Кварцевый галогенный нагревательный элемент 11 при пиковом нагреве может достигать температуры 2600°С и при помощи излучения по программе может нагревать нанесенный слой порошка до температуры 400°С. Уплотняющие ролики 23 предназначены для ускоренного нанесения и разравнивания слоев порошка. Данная конструкция механизма 22 нанесения слоев порошка позволяет увеличить скорость его рабочего перемещения до 500 мм в секунду, что в конечном итоге повышает производительность процесса изготовления детали до 30%.
Механизм 22 нанесения слоев порошка (фиг. 3) получает порции порошка от левого бункера 9 подачи порошка и правого бункера 10 подачи порошка через воронку 21 в момент, когда механизм 22 нанесения слоев порошка находится под левым бункером 9 подачи порошка или правым бункером 10 подачи порошка соответственно. Воронка 21 (фиг. 4) в момент дозирования порошка входит в герметичное соединение с силиконовым уплотнителем 24.
Контроль всех тепловых процессов, необходимых для обеспечения стабильности технологии, обеспечивается пирометром 25 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3).
После разогрева каждого слоя порошка до температуры стеклования осуществляется его лазерное выборочное спекание за счет лазерной диодной головы 12, левого сканатора 4 и правого сканатора 5 (фиг. 3). Лазерная диодная голова 12 имеет возможность горизонтального перемещения (координата Х2) благодаря электроприводу (на фигурах не показан). Лазерная диодная голова 12 (фиг. 5, фиг. 6) представляет из себя корпусную сборочную единицу, внутри которой находится лазерная диодная матрица 13 (фиг. 5, фиг. 6), имеющая возможность линейно перемещаться вдоль координаты Y1 благодаря электроприводу (на фигурах не показан). Водяные охладители 26 установлены на внешних поверхностях корпусных деталей лазерной диодной головы 12 и предназначены для защиты лазерной диодной матрицы 13 и ее электропривода от перегрева, поскольку лазерная диодная голова 12 периодически входит в рабочую зону с высокими температурами (до 400°С). Лазерная диодная матрица 13 состоит из набора множества автономных лазерных диодов 14, установленных в решете 27, которое в свою очередь также имеет охладитель 26. Согласованное управление всеми автономными лазерными диодами 14 осуществляется программно от общей системы управления. В зависимости от управляющей программы лазерная диодная матрица 13 может включать как все автономные лазерные диоды 14 одновременно, так и отдельные автономные лазерные диоды 14 в любой комбинации и в любом расположении.
Автономный лазерный диод 14 (фиг. 7) должен содержать минимум следующие элементы: световой диод 28, лазерный диод 29, фокусирующая лазер линза 30, плата 31 управления диодом, дополнительный охладитель 32 автономного лазерного диода. В зависимости от конкретного типа порошка могут использоваться различные типы и конструкции автономных лазерных диодов 14, но длина генерируемого лазерного излучения должна быть в пределах от 2 до 11 мкм (оптимальная длина волны для обработки полимеров), а также мощность лазерного излучения должна быть достаточна для спекания порошка от температуры стеклования. На современном уровне развития лазерных диодов, отдельный лазерный диод, отвечающий выше перечисленным требованиям будет иметь наружный габарит диаметром минимум 3 мм, а сфокусированный лазерный луч будет иметь минимальный диаметр не менее 200 мкм. Данные ограничения приводят к тому, что спекание всех необходимых зон порошка возможно только за счет нескольких перемещений лазерной диодной матрицы 13 (фиг. 5, фиг. 6), причем в зависимости от конкретной формы сечения, могут быть, необходимы дополнительные перемещения как по координате Х2, так и по координате Y1. В некоторых наиболее сложных формах сечения более оптимально (с точки зрения повышения производительности процесса изготовления детали) осуществить не более 3-5-ти перемещений лазерной диодной матрицы 13, а остальные спекаемые зоны обработать при помощи левого сканатора 4 и правого сканатора 5 (фиг. 3). Оптимальная стратегия спекания необходимых зон в каждом сечении с точки зрения максимальной производительности процесса изготовления детали рассчитывается на стадии обработки трехмерной модели детали. Система управления разбивает трехмерную модель на слои, перебирает алгоритмы обработки лазерным излучением необходимых зон в каждом сечении, распределяя какие зоны лучше обрабатывать при помощи лазерной диодной головы 12 (с перемещаемой внутри нее лазерной диодной матрицей 13), а какие - при помощи левого сканатора 4 и правого сканатора 5 с точки зрения минимизации времени обработки. Использование конструктивного решения с применением лазерной диодной головы 12, работающей совместно с левым сканатором 4 и правым сканатором 5, повышает производительность процесса изготовления детали до 10 раз.
Левый сканатор 4 и правый сканатор 5 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) представляют из себя лазерные сканаторы способные отклонять лазерный луч по координатам Х3 и Y2, а также Х4 и Y3 соответственно. Левый сканатор 4 и правый сканатор 5 установлены на верхней части герметичной камеры 2. Оптика левого сканатора 4 и правого сканатора 5 (фиг. 3) защищена от перегрева защитным стеклом 33, которое в свою очередь имеет свою собственную систему охлаждения (на фигурах не показана).
Внутри под крышей герметичной камеры 2 установлены нагревательные элементы 37. которые при помощи излучения могут нагревать нанесенный слой порошка до температуры 400°С. Нагревательные элементы 37 управляются программно от общей системы управления и необходимы для надежной стабилизации всех тепловых процессов происходящих в герметичной камере 2, поскольку резкий перепад температур по всей рабочей зоне при изготовлении детали хотя бы на 2°С приведет к появлению коробления и искажения формы детали и как следствие к браку.
Герметичной камера 2 спереди герметично закрывается дверью 34 (фиг. 1), в которой есть смотровое окно 35.
Устройство для получения изделий из полимеров методом послойного синтеза работает следующим образом.
В системе автоматического проектирования (САПР) создают трехмерную компьютерную 3D-модель детали и разбивают ее на поперечные сечения, которые служат основой для послойного изготовления детали. САПР выбирает оптимальную стратегию спекания необходимых зон в каждом сечении с точки зрения максимальной производительности процесса изготовления детали, а именно распределяя какие зоны лучше обрабатывать при помощи лазерной диодной головы 12 (с перемещаемой внутри нее лазерной диодной матрицей 13), а какие -при помощи левого сканатора 4 и правого сканатора 5 (фиг. 3).
Устройство после предварительной подготовки представлено в собранном виде, а именно:
- чистый и пустой сменный бункер 6 изготовления поджат герметично снизу к плите 15 нанесения слоев порошка;
- рабочий стол 17 сцеплен с поршнем 18;
- левый бункер 9 подачи порошка и правый бункер 10 подачи порошка прижаты герметично к верхней части герметичной камеры 2;
- левый бункер 7 сбора излишков порошка и правый бункер 8 сбора порошка прижаты герметично снизу к плите 15 нанесения слоев порошка;
- лазерная диодная голова 12 находится в крайнем левом положении;
- дверь 34 герметично закрыта (фиг. 1).
Запускается работа всех элементов охлаждения: водяные охладители 26 (фиг. 5, фиг. 6), водяной охладитель 36 решета, дополнительные охладители 32 автономных лазерных диодов, системы охлаждения (на фигурах не показана) защитных стекол 33.
Нагреватель 19 стола (фиг. 3) и нагреватели 16 сменного бункера 6 изготовления разогреваются до температур стеклования порошка (до 400°С в зависимости от типа порошка). Достигается необходимая чистота защитного газа (азот или аргон, или др.).
Включаются нагревательные элементы 37 для стабилизации теплового режима в герметичной камере 2. Устройство выдерживается в течение двух часов для равномерного нагрева всех его элементов и выравнивания всех тепловых процессов с целью исключения их термического искажения при работе. Рабочий стол 17 жестко сцепленный с поршнем 18, опускается на толщину наносимого первого слоя порошка (обычно ~ 100 мкм). Механизм 22 нанесения слоев порошка (фиг. 3, фиг. 4) вместе с воронкой 21 перемещается в крайнее левое положение под левый бункер 9 подачи порошка. Воронка 21 плотно контактирует с уплотнителем 24. Левый бункер 9 подачи порошка дозирует с запасом необходимую порцию порошка в механизм 22 нанесения слоев порошка. Механизм 22 нанесения слоев порошка перемещается в крайнее правое положение по ходу движения нанося, разравнивая и уплотняя при помощи уплотняющих роликов 23 на нагревателе 19 стола (фиг. 3) первый слой порошка, а также сбрасывая излишки порошка в правый бункер 8 сбора излишков порошка. При перемещении механизма 22 нанесения слоев порошка из крайнего левого положения в крайнее правое кварцевый галогенный нагревательный элемент 11 благодаря конструкции почти сразу же после нанесения слоя порошка перемещается над ним и проводит его окончательный точный нагревает до температуры стеклования. Механизм 22 нанесения слоев порошка вместе с воронкой 21 перемещается в крайнее правое положение точно под правый бункер 10 подачи порошка (показано пунктиром). Воронка 21 плотно контактирует с уплотнителем 24. По аналогии с нанесением первого слоя порошка происходит нанесение второго слоя порошка.
Данный процесс нанесения предварительных слоев порошка без обработки лазерным излучением повторяется для пятидесяти слоев. Это необходимо для равномерного прогрева устройства с порошком и стабилизации тепловых режимов. Контроль всех тепловых режимов осуществляется для каждого слоя в автоматическом режиме благодаря пирометру 25 (фиг. 3). Поверх пятидесяти разогретых слоев порошка наносится пятьдесят первый слой порошка. Проводится подогрев пятьдесят первого слоя порошка до температуры стеклования. Механизм 22 нанесения слоев порошка вместе с воронкой 21 перемещается в крайнее правое положение точно под правый бункер 10 подачи порошка (показано пунктиром), чтобы не мешать работе лазерной диодной головы 12. При помощи лазерной диодной головы 12 (перемещения Х2 и Y1) (фиг. 3, фиг. 6), левого сканатора 4 (перемещения лазерного луча по координатам Х3 и Y2) и правого сканатора 5 (перемещения лазерного луча по координатам Х4 и Y3) по оптимальной стратегии взаимодействия проводится спекание лазерными лучами порошка в отдельных зонах нанесенного слоя в зависимости от формы изготавливаемой детали (возможное перемещение лазерной диодной головы 12 по координате Х2 показано пунктиром). Генерация лазерного излучения в лазерной диодной голове 12 (фиг. 5, фиг. 6) происходит непосредственно в лазерной диодной матрице 13, состоящей из набора множества автономных лазерных диодов 14, установленных в решете 27. В зависимости от управляющей программы лазерная диодная матрица 13 может включать как все автономные лазерные диоды 14 одновременно, так и отдельные автономные лазерные диоды 14 в любой комбинации и в любом расположении.
Далее наносится новый слой порошка и процесс повторяется до полного изготовления детали. После окончания построения всей детали она очень медленно, вместе с объемом неспеченного порошка, в который она погружена (скорость охлаждения порядка 7°С в час), остывает в устройстве при помощи программного управления всеми нагревателями (нагреватели 16, нагреватель стола 19, кварцевые галогенные нагревательный элемент 11, нагревательные элементы 37).
После полного остывания детали вместе с неспеченным порошком рабочий стол 17 расцепляется с поршнем 18. Сменный бункер 6 изготовления удаляется из устройства и перемещается в станцию очистки, где деталь подвергается освобождению и очистке от неспеченного порошка
При этом всю последовательность технологических процессов осуществляют в автоматическом режиме в технологически регламентированных условиях посредством специальных программно-аппаратных средств благодаря общей системе управления устройством.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение производительности послойного синтеза деталей за счет изменения конструкции механизма разравнивания порошка и конструкции лазерной диодной головы, а также расширение спектра возможных к применению полимерных порошков за счет использования различных видов лазерного излучения с длиной волны от 2 до 11 мкм.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и 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 послойного спекания деталей сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного порошка с использованием лазерного излучения по данным трехмерной компьютерной модели.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке 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 критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (1)
- Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза, содержащее силовую раму с размещенной на ней герметичной камерой, установленный в последней с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формования слоя изделия нож и сообщенные с герметичной камерой сканаторы и бункеры изготовления, сбора и подачи порошка, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными на ноже нагревательными элементами и установленной в герметичной камере подвижной лазерной диодной головкой с лазерной диодной матрицей внутри, состоящей из набора автономных лазерных диодов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123718U RU208175U1 (ru) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123718U RU208175U1 (ru) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU208175U1 true RU208175U1 (ru) | 2021-12-07 |
Family
ID=79174856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021123718U RU208175U1 (ru) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU208175U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775661C1 (ru) * | 2021-12-15 | 2022-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7789037B2 (en) * | 2003-06-30 | 2010-09-07 | Phenix Systems | Device for the production of thin powder layers, in particular at high temperatures, during a method involving the use of a laser on a material |
| RU2487779C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Установка для изготовления деталей методом послойного синтеза |
| RU154761U1 (ru) * | 2014-11-18 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов |
| RU164759U1 (ru) * | 2015-12-17 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Рабочая камера устройства для изготовления деталей послойным лазерным спеканием |
| WO2018200628A1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | W. Mark Bielawski | System for selective laser sintering |
| RU2710823C1 (ru) * | 2019-01-22 | 2020-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания |
-
2021
- 2021-08-10 RU RU2021123718U patent/RU208175U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7789037B2 (en) * | 2003-06-30 | 2010-09-07 | Phenix Systems | Device for the production of thin powder layers, in particular at high temperatures, during a method involving the use of a laser on a material |
| RU2487779C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Установка для изготовления деталей методом послойного синтеза |
| RU154761U1 (ru) * | 2014-11-18 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов |
| RU164759U1 (ru) * | 2015-12-17 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Рабочая камера устройства для изготовления деталей послойным лазерным спеканием |
| WO2018200628A1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | W. Mark Bielawski | System for selective laser sintering |
| RU2710823C1 (ru) * | 2019-01-22 | 2020-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775661C1 (ru) * | 2021-12-15 | 2022-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104923786B (zh) | 一种双激光选区烧结及熔化非金属、金属的3d打印系统 | |
| JP4146385B2 (ja) | サーマルイメージ・フィードバックを用いた焼結 | |
| US10661382B2 (en) | SLM forming device for multiple metal powder materials | |
| US11731361B2 (en) | Process and apparatus for producing 3D moldings comprising a spectrum converter | |
| US10252332B2 (en) | Powder processing arrangement and method for use in an apparatus for producing three-dimensional work pieces | |
| EP3421158B1 (en) | Three-dimensional electron beam based additive manufacturing device | |
| RU2539135C2 (ru) | Способ получения объемных изделий из порошков и устройство для его осуществления | |
| CN104972124B (zh) | 基于飞秒激光复合技术的实时监控快速成型设备和方法 | |
| RU2393056C1 (ru) | Способ спекания деталей из порошков | |
| US10710304B2 (en) | Apparatus for producing a three-dimensional work piece with process temperature control | |
| CN105033251A (zh) | 一种双活塞金属激光选区熔化成形设备 | |
| CN105828984A (zh) | 用于生产三维部件的方法 | |
| CN204724851U (zh) | 一种双激光选区烧结及熔化非金属、金属的3d打印设备 | |
| CN108687347A (zh) | 一种slm3d打印机 | |
| US20230294168A1 (en) | 3D-Metal-Printing Method and Arrangement Therefor | |
| CN108705083A (zh) | 一种基于多激光器的选区熔化粉末实时预热系统及方法 | |
| WO2019031979A1 (en) | ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS COMPRISING A THERMAL SHIELD TO PREVENT HEAT LOSSES FROM A BED OF POWDER | |
| RU208175U1 (ru) | Устройство для получения изделий из полимеров посредством послойного синтеза | |
| KR20190120131A (ko) | 3차원 금속 프린터를 이용한 비정질 금속 제조 장치 및 이에 제조되는 비정질 금속 | |
| RU152433U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов | |
| RU2773558C1 (ru) | Устройство для селективного лазерного спекания изделий из порошковых полимерных материалов | |
| RU2801703C1 (ru) | Устройство для селективного лазерного спекания изделий из мелкодисперсного полимерного порошка | |
| RU2797802C1 (ru) | Устройство для селективного лазерного спекания изделий | |
| RU2710821C1 (ru) | Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания | |
| RU2710823C1 (ru) | Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания |