RU212277U1 - 3D-принтер для печати металлических изделий - Google Patents
3D-принтер для печати металлических изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU212277U1 RU212277U1 RU2021136347U RU2021136347U RU212277U1 RU 212277 U1 RU212277 U1 RU 212277U1 RU 2021136347 U RU2021136347 U RU 2021136347U RU 2021136347 U RU2021136347 U RU 2021136347U RU 212277 U1 RU212277 U1 RU 212277U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working platform
- layer
- guides
- possibility
- powder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий из металлического порошка с методом послойного нанесения материала путем селективного лазерного плавления. 3D-принтер содержит технологическую камеру, выполненную с возможностью заполнения инертным газом, в которой установлены ванна для порошка, рабочая платформа с подогревом, установленный над рабочей платформой на направляющих разравнивающий ролик, лазер с поворотным зеркалом и источник атмосферной плазмы. Источник плазмы размещен над рабочей платформой на направляющих разравнивающего ролика с возможностью перемещения по ним между циклами формирования текущих сечений. Обеспечивается повышение качества 3D-печати за счет уменьшения содержания распределенных в структуре изделия наночастиц оксидных фаз. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к области изготовления физического объекта из металлического порошка послойным нанесением материала методом селективного лазерного плавления и предназначена для получения изделий с уменьшенным содержанием распределенных в структуре изделия наночастиц оксидных фаз.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранное в качестве прототипа устройство, обеспечивающее лазерный, ультразвуковой и плазменный композитный способ очистки изделий при послойном их изготовлении. После завершения формирования каждого слоя материала система оперативного мониторинга анализирует информацию о присутствии в текущем слое дефектов и, при необходимости, восстанавливает этот слой с использованием плазменной наплавки, лазерного переплава и ультразвуковой очистки. При этом микроскопические дефекты выявляются при помощи видеокамеры высокого разрешения, далее для заделки дефектов используются плазмотрон, установленный на промышленном роботе, генератор ультразвука, установленный на ванне с порошком, и штатный лазер. Предполагается, что метод позволяет залечивать микроскопические дефекты в изделиях, обеспечивая высокоточную онлайн-обработку дефектов, тем самым улучшая качество продукции (патент CN 112846183А, опубл. 28.05. 2021 г.).
Недостатками данного устройства, в том числе технической проблемой, является его сложность, недостаточная разрешающая способность видеокамеры высокого разрешения для выявления микроскопических дефектов в условиях запыленности текущего наплавленного слоя порошком металла, невозможность наплавлять плазмотроном слой металлического порошка, равный шагу построения изделия, что будет мешать разравнивать порошковый материал при формировании следующего слоя.
В основу заявленной полезной модели положен технический результат - повышение качества 3D-печати за счет уменьшения содержания распределенных в структуре изделия наночастиц оксидных фаз, образовавшихся при окислении поверхности металла остаточным кислородом, присутствующим в следовых количествах в защитной атмосфере лазерной камеры путем очистки наплавленного слоя источником атмосферной плазмы, размещенным над рабочей платформой и перемещающимся по направляющим между циклами формирования текущих сечений.
Технический результат достигается тем, что 3D-принтер для печати металлических изделий селективным лазерным плавлением, содержащий заполняемую инертным газом технологическую камеру с размещенными в ней ванной с порошком, разделенной на дозирующее, строительное и сборное отделения, рабочей платформой с подогревом, установленным над последней на направляющих разравнивающим роликом, лазером с поворотным зеркалом, формирующим слой изделия в соответствии с текущим сечением исходной цифровой модели, и видеокамерой высокого разрешения, снабжен источником атмосферной плазмы, размещенным над рабочей платформой, с возможностью перемещения по направляющим между циклами формирования текущих сечений.
В качестве атмосферного источника плазмы используется устройство, работающее на основе диэлектрического барьерного разряда. Плазменная очистка требует использования чистых газов и обработки в объеме, изолированном от воздуха. Этим условиям полностью соответствует среда внутри лазерной камеры 3D-принтера. Очистка происходит при подаче дополнительного напряжения от 30 до 300 В между электродом источника атмосферной плазмы и наплавленным слоем металлического порошка. Если на очищаемую поверхность подается положительное напряжение, поверхность дополнительно нагревается электронами. Если на металлическую поверхность, погруженную в плазму, подается отрицательное напряжение, процесс очистки ускоряется за счет ионной бомбардировки поверхности.
Изобретение поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 схематично изображен 3D-принтер, снабженный источником атмосферной плазмы;
на фиг. 2 - структура изделия, полученная селективным лазерным плавлением;
на фиг. 3 - оксидные наночастицы в структуре изделия из нержавеющей стали, полученного методом селективного лазерного плавления;
на фиг. 4 - схема источника атмосферной плазмы на основе диэлектрического барьерного разряда
3D-принтер для печати металлических изделий селективным лазерным плавлением содержит заполняемую инертным газом технологическую камеру 1 с размещенными в ней ванной 2 с порошком 3, разделенной на дозирующее 4, строительное 5 и сборное 6 отделения, рабочей платформой 7 с подогревом, с возможностью подачи на нее электрического потенциала U от 30 до 300 В, для чего используется отдельный источник питания 8, установленным над рабочей платформой 7 на направляющих 9 разравнивающим роликом 10, лазером 11 с поворотным зеркалом 12, формирующим слой изделия в соответствии с текущим сечением исходной цифровой модели, видеокамерой высокого разрешения 13, источником атмосферной плазмы 14, размещенным над рабочей платформой 7, с возможностью перемещения по направляющим 9 между циклами формирования текущих сечений.
3D-принтер для печати металлических изделий селективным лазерным плавлением работает следующим образом.
В технологической камере 1 сначала формируют слой, насыпая на поверхность рабочей платформы 7 дозу порошкового материала, и разравнивают порошок 3 с помощью разравнивающего ролика 10, перемещающегося по направляющим 9, формируя ровный слой порошкового материала определенной толщины. Затем выборочно (селективно) обрабатывают порошок в сформированном слое лазером 11, сплавляя частицы порошка 3 в соответствии с текущим сечением цифровой модели изделия. Затем на рабочую платформу 7 подается электрический потенциал U от источника питания 8, и происходит очистка наплавленной поверхности сформированного слоя источником атмосферной плазмы 14, перемещающимся по направляющим 9 (допускается наличие собственных направляющих), завершая цикл обработки.
Следующий цикл начинается с того, что после завершения построения текущего слоя рабочая платформа 7 перемещается в вертикальном направлении на величину шага построения и на ней формируют новый слой. Процесс повторяется до полного построения изделия (на фигурах не указано).
Для процесса характерно, что при изготовлении изделия (на фигурах не указано) наплавленный порошок 3 переплавляется несколько раз, обеспечивая надежное сцепление сформированных слоев (Фиг. 2). При этом материал нагревается выше точки плавления, и на наплавленной поверхности неизбежно возникает тонкая оксидная пленка, несмотря на то, что содержание кислорода в лазерной камере 1 устанавливается не выше 0.15%. Если эту пленку не удалять, то при формировании последующего слоя она будет замурована в изделие, и при переплаве сформированного над пленкой слоя останется в структуре изделия в виде сферических наночастиц аморфной оксидной фазы, равномерно распределенных по объему изделия (фиг. 3).
В качестве источника атмосферной плазмы применяется источник на основе диэлектрического барьерного разряда, генерирующий неравновесную плазму, поддерживающую относительно низкую температуру газа (около 400°С). Питание для диэлектрического барьерного разряда подается от источника питания переменного тока 15 с частотой подаваемого напряжения до 104 Гц. Источник атмосферной плазмы с диэлектрическим барьерным разрядом состоит из двух плоскопараллельных электродов, в зазор между которыми направляется поток газа 16, один из которых покрыт пластиной из диэлектрического материала с рядом небольших отверстий 17, что обеспечивает более высокую плотность плазмы (фиг. 4). Обрабатываемая наплавленная поверхность служит другим электродом 18. Для увеличения скорости очистки на рабочую платформу 7 подается потенциал U от 30 до 300 В, для чего используется отдельный источник питания 8.
Эксперименты показали возможность уменьшения содержания распределенных в структуре напечатанного на 3D-принтере изделия из нержавеющей стали наночастиц оксидной фазы более чем в три раза.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - обеспечения получения изделия, напечатанного на 3D-принтере, с уменьшенным содержанием оксидной фазы в его структуре.
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 3D-печати изделий из металлического порошка методом селективного лазерного плавления со свободной от включений оксидной фазы структурой изделия;
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)
- 3D-принтер для печати металлического изделия селективным лазерным плавлением, содержащий технологическую камеру, выполненную с возможностью заполнения инертным газом, в которой установлены ванна для порошка, разделенная на дозирующее, строительное и сборное отделения, рабочая платформа с подогревом, установленный над рабочей платформой на направляющих разравнивающий ролик и лазер с поворотным зеркалом, формирующий слой изделия в соответствии с текущим сечением исходной цифровой модели, отличающийся тем, что он снабжен источником атмосферной плазмы, размещенным над рабочей платформой на направляющих разравнивающего ролика с возможностью перемещения по ним между циклами формирования текущих сечений.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU212277U1 true RU212277U1 (ru) | 2022-07-13 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491153C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов |
CN105618753A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-06-01 | 中研智能装备有限公司 | 一种轧辊等离子3d打印再制造设备及再制造方法 |
CN110303680A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | 郑州科技学院 | 烧结成型式3d打印机 |
RU2717761C1 (ru) * | 2019-02-22 | 2020-03-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Установка селективного лазерного спекания и способ получения крупногабаритных изделий на этой установке |
CN112846183A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-05-28 | 武汉大学 | 一种金属增材制造逐层激光-超声-等离子体复合清洗方法及装置 |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491153C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов |
CN105618753A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-06-01 | 中研智能装备有限公司 | 一种轧辊等离子3d打印再制造设备及再制造方法 |
RU2717761C1 (ru) * | 2019-02-22 | 2020-03-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Установка селективного лазерного спекания и способ получения крупногабаритных изделий на этой установке |
CN110303680A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | 郑州科技学院 | 烧结成型式3d打印机 |
CN112846183A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-05-28 | 武汉大学 | 一种金属增材制造逐层激光-超声-等离子体复合清洗方法及装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107405709B (zh) | 用于制造用来支撑将要生成式地构造的三维物体的支撑结构的方法 | |
US11685112B2 (en) | 3D printing method and apparatus | |
US20170246709A1 (en) | Control of laser ablation condensate products within additive manufacturing systems | |
US20220379558A1 (en) | 3D Printing Method and Apparatus | |
KR20130035256A (ko) | 스퍼터 성막 장치 | |
RU212277U1 (ru) | 3D-принтер для печати металлических изделий | |
CN115055699A (zh) | 颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置及方法 | |
EP3572211A1 (en) | Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects | |
CN107498053B (zh) | 一种消除激光增材制造成形中边缘堆高的方法 | |
Pliszka et al. | Surface improvement by WC-Cu electro-spark coatings with laser modification | |
Shcherbakov et al. | Control of electron-beam surfacing-process parameters using current signals of the wire and article | |
US20180361665A1 (en) | 3D Printing Method and Apparatus | |
Ivanov et al. | Lifetime of Cathode Spots on the Surface of Titanium upon Excitation of a Microplasma Discharge | |
Elaiyarasan et al. | Modeling of electrical discharge coating parameters using artificial neural network | |
Lindström | Defect formation and mitigation during laser powder bed fusion of copper | |
JP4554293B2 (ja) | 放電制御電極一体型帯電部材 | |
朱贝贝 et al. | Arc voltage detection and forming control for crossing parts in GTA additive manufacturing | |
RU2357845C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля сварных конструкций | |
Sitnikov et al. | Fabrication of Microporous Palladium by Selective Anodic Dissolution of Ag-Pd Alloy in Alkali Chlorides Melt | |
Aliyu et al. | Material Transfer Rate During Electro-Discharge Process: Modeling and Optimization | |
US20190293587A1 (en) | Scale sensors and the use thereof | |
Livatkin et al. | OPERATION WITH PROGRAM STEP FOR VACUUM ARC FURNACE | |
RU42194U1 (ru) | Устройство для вакуумно-дуговой обработки изделий | |
RU2405662C1 (ru) | Способ нанесения чугунного покрытия на алюминиевые сплавы | |
JP2021116437A (ja) | ターゲット容器、成膜方法、ターゲット容器製造方法、及び、圧力センサー |