RU218427U1 - DEVICE FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS - Google Patents
DEVICE FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU218427U1 RU218427U1 RU2022124445U RU2022124445U RU218427U1 RU 218427 U1 RU218427 U1 RU 218427U1 RU 2022124445 U RU2022124445 U RU 2022124445U RU 2022124445 U RU2022124445 U RU 2022124445U RU 218427 U1 RU218427 U1 RU 218427U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- dimensional objects
- supplying
- energy source
- melt
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Настоящая полезная модель относится к аддитивному производству, более конкретно к устройствам для изготовления трехмерных объектов. Устройство для изготовления трехмерных объектов содержит собранные в единую конструкцию базовую подложку для формирования трехмерных объектов, источник энергии для формирования ванны расплава на указанной подложке, средство для подачи исходного материала, предназначенного для послойного изготовления трехмерных объектов в зону плавления, герметичную рабочую камеру, вакуумную систему, систему управления для мониторинга и управления условий работы всех блоков системы. В качестве источника энергии для формирования ванны расплава на указанной подложке используют электронно-оптическую систему, в которой применяют три термокатодные электронно-лучевые пушки с использованием отдельных электронных лучей, сходящихся в одной зоне расплава с ускоряющим напряжением, не превышающим 10 кВ, объединенные в едином охлаждаемом корпусе с каналом для подачи исходного материала, для перемещения источника энергии и средства подачи исходного материала используют портальный манипулятор.The present utility model relates to additive manufacturing, more specifically to devices for manufacturing three-dimensional objects. The device for the manufacture of three-dimensional objects contains a base substrate assembled into a single structure for the formation of three-dimensional objects, an energy source for the formation of a melt bath on the specified substrate, a means for supplying the starting material intended for the layer-by-layer production of three-dimensional objects into the melting zone, a sealed working chamber, a vacuum system, control system to monitor and control the working conditions of all units of the system. An electron-optical system is used as an energy source for forming a melt pool on the specified substrate, in which three hot-cathode electron-beam guns are used using separate electron beams converging in one melt zone with an accelerating voltage not exceeding 10 kV, combined in a single cooled housing with a channel for supplying the source material, a gantry manipulator is used to move the energy source and the means for supplying the source material.
Description
Настоящая полезная модель относится к аддитивному производству, более конкретно к устройствам для изготовления трехмерных объектов.The present utility model relates to additive manufacturing, more specifically to devices for manufacturing three-dimensional objects.
Известен способ аддитивного производства изделий из титановых сплавов с функционально-градиентной структурой (патент РФ 2725537, B23K 15/00, B33Y 10/00, B33Y 70/10, опубл. 02.07.2020 г.). Заготовки получают путем аддитивного электронно-лучевого формообразования из титановой и никелевой проволоки. Использование изобретения позволяет повысить качество заготовок из нитинола, уменьшить количество нежелательных фаз и микронеоднородности (флуктуации) химического состава, при этом повысить однородности химического состава наплавляемого материала и стабильность свойств получаемых заготовок.A method is known for the additive production of products from titanium alloys with a functional gradient structure (RF patent 2725537,
Известен способ аддитивного производства изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов с функционально-градиентной структурой (патент РФ 2721109, B23K 15/00, B23K 26/342, B23K 9/04, С23С 4/12, В82В 3/00, С22С 21/00, опубл. 15.05.2020 г.). Часть изделия изготавливают путем подачи по меньшей мере двух проволок в ванну расплава, их плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка с изменением скорости подачи по меньшей мере одной из проволок. Используют по меньшей мере одну сплошную проволоку, выполненную из высокопрочного алюминиевого сплава, и одну порошковую проволоку, состоящую из оболочки, выполненной из материала по меньшей мере одной сплошной проволоки, и наполнителя в виде наноразмерных частиц, согласованных по параметру кристаллической решетки с высокопрочным алюминиевым сплавом. Подачу сплошных проволок осуществляют с изменением скорости подачи по меньшей мере одной из них и постоянной скорости подачи порошковой проволоки. Технический результат - расширение диапазона применения аддитивных технологий при производстве изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов.A known method of additive production of products from high-strength aluminum alloys with a functional gradient structure (RF patent 2721109,
Известен способ аддитивного производства изделий из титановых сплавов с функционально-градиентной структурой (патент РФ 2700439, B22F 3/105, B33Y 70/00, B33Y 10/00, С22С 1/05, С22С 14/00, опубл. 17.09.2019 г.). Способ включает изготовление, по меньшей мере, части изделия путем подачи первой проволоки и второй проволоки в ванну расплава с обеспечением плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка. Подачу проволок осуществляют с изменением скорости подачи по меньшей мере одной из упомянутых проволок. Угол наклона подачи в ванну расплава первой проволоки составляет от 20° до 50°, а угол наклона подачи в ванну расплава второй проволоки составляет от 20° до 60°. В качестве первой проволоки используют сплошную проволоку из титанового сплава, а в качестве второй проволоки используют порошковую проволоку, состоящую из оболочки, выполненной из материала сплошной проволоки, и наполнителя в виде порошка карбидов или боридов металлов, или их смеси со средним размером частиц от 2 мкм до 180 мкм. Обеспечивается высокая твердость и износостойкость изделий за счет минимального количества композиционных неоднородностей, газовой пористости, дефектных пограничных зон и протяженных границ раздела фаз.There is a known method for the additive production of products from titanium alloys with a functional gradient structure (RF patent 2700439,
В приведенных аналогах материал (проволока) подается под углом к электронному лучу, угол наклона подачи материала по отношению к горизонтальной плоскости остается постоянным, угол по отношению к направлению движения меняется. Это формирует разные условия плавления и формирования ванны расплава, соответственно скорости роста детали будут разные, для разных направлений. Также к недостаткам относятся большие габариты узла (печатающей головки).In the given analogues, the material (wire) is fed at an angle to the electron beam, the angle of inclination of the material supply with respect to the horizontal plane remains constant, the angle with respect to the direction of motion changes. This creates different conditions for melting and the formation of a melt pool, respectively, the growth rate of the part will be different for different directions. Also, the disadvantages include the large dimensions of the assembly (print head).
Известен способ и система изготовления трехмерных объектов (патент США 10695835 В2, В29С 64/20, B22F 3/105, опубл. 30.06.2020 г.), выбранный в качестве прототипа. Изобретение относится к аддитивному производству, более конкретно к способам и системам для изготовления трехмерных объектов посредством слоистого осаждения исходного материала на движущуюся подложку, где исходный материал подается в зону осаждения на подложке, расплавляется там электронным лучом, а затем затвердевает при выходе из зоны нагрева, в результате чего образуется осажденный слой материала.A known method and system for manufacturing three-dimensional objects (US patent 10695835 B2, B29C 64/20, B22F 3/105, publ. 06/30/2020), selected as a prototype. The invention relates to additive manufacturing, more specifically to methods and systems for manufacturing three-dimensional objects by layered deposition of a starting material on a moving substrate, where the starting material is fed into the deposition zone on the substrate, melted there by an electron beam, and then solidifies upon leaving the heating zone, in resulting in the formation of a deposited layer of material.
Недостатками прототипа является наличие плазмообразующего газа (водорода), регулирование мощности электронного луча давлением плазмообразующего газа в катодной области электронной пушки, низкие фокусирующие свойства выбранного типа электронно-лучевой пушки, а также большие габариты узла (печатающей головки).The disadvantages of the prototype are the presence of a plasma gas (hydrogen), the regulation of the power of the electron beam by the pressure of the plasma gas in the cathode region of the electron gun, the low focusing properties of the selected type of electron beam gun, and the large dimensions of the assembly (print head).
Целью настоящей полезной модели является разработка системы, которая обеспечивает более легкое и менее дорогостоящее изготовление трехмерных объектов посредством послойного осаждения исходного материала, обеспечивают лучшую управляемость процесса осаждения, что приводит к более высокому качеству производимых деталей, расширяет возможности использовать различные виды исходных материалов, а также обеспечить более безопасные условия труда для обслуживающего персонала, предоставить возможность создавать более компактное, легкое, легкое и дешевое оборудование для изготовления трехмерных объектов.The purpose of this utility model is to develop a system that enables easier and less expensive fabrication of three-dimensional objects through layer-by-layer deposition of the starting material, provides better controllability of the deposition process, which leads to higher quality of the parts produced, expands the possibilities of using various types of starting materials, and also provides safer working conditions for maintenance personnel, to provide an opportunity to create more compact, lighter, lighter and cheaper equipment for the manufacture of three-dimensional objects.
Технический результат заключается в повышении однородности химического состава наплавляемого материала, повышение стабильности свойств получаемых заготовок. Выравнивания скоростей выращивания 3D-объектов в разных направлениях перемещения стола или «печатающего устройства», понижение температуры в ванне расплава.The technical result consists in increasing the uniformity of the chemical composition of the deposited material, increasing the stability of the properties of the resulting workpieces. Aligning the growth rates of 3D objects in different directions of movement of the table or "printing device", lowering the temperature in the melt bath.
Поставленная задача решается тем, что устройство для изготовления трехмерных объектов содержит собранные в единую конструкцию базовую подложку для формирования трехмерных объектов, источник энергии для формирования ванны расплава на указанной подложке, средство для подачи исходного материала, предназначенного для послойного изготовления трехмерных объектов в зону плавления, герметичную рабочую камеру, вакуумную систему, систему управления для мониторинга и управления условий работы всех блоков системы. В качестве источника энергии для формирования ванны расплава на указанной подложке используют электронно-оптическую систему, в которой применяют три термокатодные электронно-лучевые пушки с использованием отдельных электронных лучей сходящихся в одной зоне расплава с ускоряющим напряжением, не превышающим 10 кВ, объединенные в едином охлаждаемом корпусе с каналом для подачи исходного материала, для перемещения источника энергии и средства подачи исходного материала используют портальный манипулятор. Базой для сборки устройства является герметичная рабочая камера. Базовая подложка крепится болтами к основанию камеры. Вакуумная система подключается к камере через фланец ISO630 с помощью болтового соединения. Источник энергии и средство подачи исходного материала болтами соединится с манипулятором. Манипулятор крепится болтами к стенкам рабочей камеры. Система управления соединяется с прочими элементами конструкции (базовая подложка, источник энергии, средство для подачи материала, негерметичная вакуумная камера, вакуумная система) разъемными электрическими соединителями. В качестве источника энергии для формирования ванны расплава на указанной подложке используют электронно-оптическую систему, в которой каждый электронный луч формируется независимой электронно-лучевой пушкой с ускоряющим напряжением, не превышающим 10 кВ. Оптическая ось каждой электронно-лучевой пушки параллельна центральной оси средства для подачи исходного материала.The problem is solved by the fact that the device for the manufacture of three-dimensional objects contains a base substrate assembled into a single structure for the formation of three-dimensional objects, an energy source for the formation of a melt pool on the specified substrate, a means for supplying the starting material intended for the layer-by-layer production of three-dimensional objects into the melting zone, sealed a working chamber, a vacuum system, a control system for monitoring and controlling the working conditions of all units of the system. An electron-optical system is used as an energy source for forming a melt pool on the specified substrate, in which three thermal cathode electron-beam guns are used using separate electron beams converging in one melt zone with an accelerating voltage not exceeding 10 kV, combined in a single cooled housing with a channel for supplying the source material, a gantry manipulator is used to move the energy source and the means for supplying the source material. The basis for assembling the device is a sealed working chamber. The base plate is bolted to the camera base. The vacuum system is connected to the chamber through an ISO630 flange using a bolted connection. The power source and the source material supply means will be bolted to the manipulator. The manipulator is bolted to the walls of the working chamber. The control system is connected to other structural elements (base substrate, energy source, material supply, non-hermetic vacuum chamber, vacuum system) with detachable electrical connectors. An electron-optical system is used as an energy source for forming a melt bath on said substrate, in which each electron beam is formed by an independent electron-beam gun with an accelerating voltage not exceeding 10 kV. The optical axis of each electron beam gun is parallel to the central axis of the means for supplying the source material.
Заявленная полезная модель содержит отклоняющие катушки для каждой электронно-лучевой пушки для обеспечения схождения электронных лучей в одной зоне расплава. Электронно-лучевая пушка содержит источник электронов в виде дискового катода диаметром от 3 до 6 мм из тантала или сплава вольфрам-рений в соотношении 73/27 мас.% соответственно.The claimed utility model contains deflecting coils for each electron beam gun to ensure convergence of electron beams in one melt zone. The electron beam gun contains an electron source in the form of a disk cathode with a diameter of 3 to 6 mm made of tantalum or tungsten-rhenium alloy in a ratio of 73/27 wt.%, respectively.
Катодная часть электронно-лучевой пушки изготовлена неразборной деталью, состоящей из высоковольтного дискового керамического изолятора в форме диска толщиной не менее 8 мм, подогревателя, катода и управляющего электрода. В качестве исходного материала может использоваться металлическая проволока диаметром до 3 мм или металлические прутки круглого сечения диаметром до 10 мм.The cathode part of the electron-beam gun is made as a non-separable part, consisting of a high-voltage disk-shaped ceramic insulator in the form of a disk with a thickness of at least 8 mm, a heater, a cathode, and a control electrode. Metal wire up to 3 mm in diameter or round metal bars up to 10 mm in diameter can be used as starting material.
На фиг.1 приведено устройство для изготовления трехмерных объектов. Устройство содержит рабочий стол 1, электронно-лучевую пушку с податчиком материала 2, вакуумную камеру 3, вакуумную систему 4, портальный манипулятор 5, систему управления 6.Figure 1 shows a device for the manufacture of three-dimensional objects. The device contains a working table 1, an electron beam gun with a
На фиг.2а показана электронно-лучевая пушка. Электронно-лучевая пушка содержит высоковольтный дисковый керамический изолятор 7, катод 8, подогреватель 9, управляющего электрода 10, анод 11, отклоняющие катушки 12, экран 13, сопло подачи материала 14, штуцер подключения податчика материала 15.On figa shows an electron beam gun. The cathode-beam gun contains a high-voltage disk
На фиг.2б показана катодная часть электронно-лучевой пушки.On figb shows the cathode part of the electron beam gun.
Пример работы заявленного устройства для изготовления трехмерных объектов приведен ниже.An example of the operation of the claimed device for the manufacture of three-dimensional objects is shown below.
В качестве исходного материала использованы проволочный материал диаметром 3 мм из сплава ВТ6. Формирование изделий проводилось на подложке из сплава В6. Подача материала проводилась под прямым углом к подложке. При формировании изделия использовались следующие параметры процесса: мощность 1800 Вт (ускоряющее напряжение пучка 10 кВ суммарный ток всех трех электронных пушек 180 мА). Выращивание изделия осуществлялось одновременно подачей материала и перемещением электронно-лучевой пушки с податчиком материала портальным манипулятором по осям X, Y, Z. Базовая подложка при этом остается в неподвижном состоянии. Изделие выращивалось послойно. В процессе выращивания ванна расплава формируется тремя электронными лучами (пучками), сходящимися в ванне расплава.A wire material with a diameter of 3 mm from the VT6 alloy was used as the starting material. The products were formed on a B6 alloy substrate. The material was fed at a right angle to the substrate. The following process parameters were used to form the product: power 1800 W (accelerating
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU218427U1 true RU218427U1 (en) | 2023-05-25 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627527C2 (en) * | 2015-09-25 | 2017-08-08 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for additive manufacture of parts by direct material deposition controlled in electromagnetic field |
RU2721109C1 (en) * | 2019-10-29 | 2020-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for additive production of articles from high-strength aluminum alloys with a functional gradient structure |
US10695835B2 (en) * | 2014-10-23 | 2020-06-30 | Joint Stock Company “Nvo Chervona Hvilya” | Method and system for manufacturing of three dimensional objects |
RU2725537C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for electron-beam additive production of workpieces |
US11213920B2 (en) * | 2011-03-31 | 2022-01-04 | Norsk Titanium As | Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11213920B2 (en) * | 2011-03-31 | 2022-01-04 | Norsk Titanium As | Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication |
US10695835B2 (en) * | 2014-10-23 | 2020-06-30 | Joint Stock Company “Nvo Chervona Hvilya” | Method and system for manufacturing of three dimensional objects |
RU2627527C2 (en) * | 2015-09-25 | 2017-08-08 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for additive manufacture of parts by direct material deposition controlled in electromagnetic field |
RU2721109C1 (en) * | 2019-10-29 | 2020-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for additive production of articles from high-strength aluminum alloys with a functional gradient structure |
RU2725537C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for electron-beam additive production of workpieces |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200156153A1 (en) | Method and system for manufacturing of three dimensional objects | |
US10421142B2 (en) | Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication using plasma transferred arc (PTA) torches | |
RU2729279C1 (en) | Equipment for additive production using combined process of selective electron-beam melting and electron-beam cutting | |
EP3481579A1 (en) | Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication with two welding guns | |
US20100193480A1 (en) | Deposition of materials with low ductility using solid free-form fabrication | |
AU2017294026A1 (en) | Contact tip assembly for MIG metal welding | |
US20220001451A1 (en) | System for manufacturing of three dimensional objects | |
CN112935470A (en) | Preparation method of multi-component new alloy and component gradient alloy material part | |
RU218427U1 (en) | DEVICE FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS | |
US10449625B2 (en) | Production method for magnetic inductor | |
RU2751609C1 (en) | Method and device for producing powders for additive technologies | |
US20220176484A1 (en) | Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication | |
JP7032375B2 (en) | Fluid-cooled contact tip assembly for metal welding | |
Gusarova et al. | Influence of electron beam parameters on the structure and properties of 321 steel obtained by additive manufacturing | |
RU2804862C1 (en) | Method of electron beam surfacing of metal with heat input control | |
Knyazhev et al. | Structure formation features of large block-shaped samples from AA5356 alloy at the electron-beam wire-feed additive manufacturing | |
RU205453U1 (en) | Device for producing powders for additive technologies | |
Kovalchuk et al. | 1JSC NVO Chervona Hvilya, Kyiv, Ukraine, 2G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, Kyiv, Ukraine | |
CN117020370A (en) | Apparatus and method for producing metal single crystal | |
CN117139786A (en) | Magnetic control double-arc additive manufacturing system and method thereof | |
CN115502414A (en) | Gradient transition titanium alloy multi-beam electron beam in-situ reaction material increase method |