RU2212982C2 - Method for laser synthesis of bulky articles (variants) - Google Patents

Method for laser synthesis of bulky articles (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2212982C2
RU2212982C2 RU2000120948A RU2000120948A RU2212982C2 RU 2212982 C2 RU2212982 C2 RU 2212982C2 RU 2000120948 A RU2000120948 A RU 2000120948A RU 2000120948 A RU2000120948 A RU 2000120948A RU 2212982 C2 RU2212982 C2 RU 2212982C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
powder compositions
powder
method
material
Prior art date
Application number
RU2000120948A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000120948A (en
Inventor
А.Л. Петров
И.В. Шишковский
В.И. Щербаков
Original Assignee
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН filed Critical Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Priority to RU2000120948A priority Critical patent/RU2212982C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2212982C2 publication Critical patent/RU2212982C2/en
Publication of RU2000120948A publication Critical patent/RU2000120948A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: processes for laser synthesis of bulky articles of powder compositions. SUBSTANCE: method comprises steps of supplying powder composition; laser working of layers of made bulky article in order to provide space-variable predetermined properties of material in volume of articles according to first variant of invention due to controlled supply of powder compositions with variable content to zone of laser working and according to second variant of invention due to dynamic change of parameters of laser working from one layer of article to another such as power of laser irradiation, its rate, scanning method. EFFECT: possibility for making by selective laser sintering bulky articles with space-variable predetermined properties of material in volume of article. 2 cl, 3 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии лазерного синтеза объемных изделий (ЛСОИ) из порошковых композиций. The invention relates to laser fusion bulk products (LSOI) from powder formulations.

Известны различные способы реализации ЛСОИ макетов деталей машин. There are various ways to implement LSOI layouts of machine parts. Одним из наиболее развитых и имеющих широкие перспективы является метод селективного лазерного спекания (СЛС) порошковых композиций (J.Beaman, С. Dackard 'Selective laser sintering with assist powder handing', USA Patent 4938816, 3 Jule 1990). One of the most developed and have broad prospects method is selective laser sintering (SLS) powder compositions (J.Beaman, S. Dackard 'Selective laser sintering with assist powder handing', USA Patent 4,938,816, 3 Jule 1990). Имеются предложения по использованию в качестве порошкового материала для СЛС многокомпонентных смесей порошков с существенно различающимися физическими свойствами, например металл-полимер (Шишковский И.В., Куприянов Н. Л. , Петров А.Л. "Условия послойного селективного спекания по контуру металлополимерных композиций при лазерном воздействии" // Физика и химия обработки материалов, 1995, 3, с. 88), металлы (Oliver Graydon "Jets of molten metal make industrial parts" //Opto & Laser Europe, 1988, February), металл-керамика (Bourell DL, Marcus HL, Barlow JW, Beamen JJ "Selective laser sintering of metals and ceramic" // Inter. J. Powder Metal. 1992. There are proposals for use as the powder material for the SLS multicomponent mixtures of powders with substantially different physical properties such as metal-polymer (IV Shishkovsky, NL Kuprijanov Petrov AL "Conditions for layerwise selective sintering contour compositions metallopolimernyh by laser irradiation "// Physics and materials processing chemistry, 1995, 3, p. 88), metals (Oliver Graydon" Jets of molten metal make industrial parts "// Opto & laser Europe, 1988, February), metal-ceramic ( Bourell DL, Marcus HL, Barlow JW, Beamen JJ "Selective laser sintering of metals and ceramic" // Inter. J. Powder Metal. 1992. V.28. 4. С. 369-381). V.28. 4. pp 369-381).

Также известен способ изготовления объемных изделий из порошковой композиции (Шишковский И. В. , Куприянов Н.Л., Патент России 2145269, B 22 F 3/105), включающий последовательное послойное размещение порошковой композиции в станке для СЛС, обработку каждого слоя лазерным излучением (ЛИ) по заданному контуру и извлечение полученного изделия из станка с удалением порошковой композиции, не принявшей участия в формировании объемного изделия. Also known method for manufacturing products from bulk powder composition (Shishkovsky IV, Kuprijanov NL, Russian Patent No. 2145269, B 22 F 3/105), comprising the sequential layering powder composition in placement machine for SLS processing of each layer of the laser radiation (LI) on a predetermined contour and recovering the product from the machine to remove the powder composition does not take part in the formation of bulk products. Однако по этому способу возможно изготовление изделий из металлополимерных порошковых композиций с однородными по объему свойствами. However, this method can manufacture products of metal-polymer powder compositions with homogeneous properties by volume.

Прототипом заявляемого изобретения является способ изготовления объемных изделий из порошковых композиций (Гуреев Д.М., Петров А.Л., Шишковский И.В., "Селективное лазерное спекание биметаллических порошковых композиций" // Физика и химия обработки материалов, 1997, 6, с.92), состоящий из подачи порошковой композиции и лазерной обработки элементов формируемого изделия. The prototype of the claimed invention is a method for manufacturing bulky articles from powder compositions (DM Gureyev, Petrov AL, Shishkovsky IV, "selective laser sintering bimetallic powder compositions" // Physics and Materials Processing Chemistry, 1997, 6, p.92) consisting of powder compositions and supplying the laser processing elements formed product. Недостатком этого способа является невозможность получения изделий с переменными по объему свойствами. A disadvantage of this method is the inability to obtain products with varying properties by volume.

Однако представляется перспективным еще на уровне компьютерной визуализации в среде САПР (система автоматизированного проектирования), заранее определять структуру спекаемых объектов и геометрическое расположение материала компонент, их составляющих. However, it is still promising for computer visualization level in a CAD environment (computer-aided design) in advance to determine the structure of sintered objects and the geometric arrangement of the material component of their components. Это позволит формировать объемные изделия, структура и свойства которых изменяются в зависимости от направления, а также зависят от координаты в выбранном направлении. This will form the bulk product, the structure and properties of which vary depending on the direction, and also depends on the coordinates in the selected direction.

Задачей заявляемого изобретения является получение методом селективного лазерного спекания объемных изделий с пространственно-переменными, заранее заданными свойствами материала в объеме изделия. The object of the claimed invention is to provide a method of selective laser sintering of bulk products with spatially variable, predetermined properties of the material in article volume.

Это достигается тем, что в способе лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающем подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев, пространственно-переменные заранее заданные свойства материала в объеме формируемого изделия получают путем управляемой подачи порошковых композиций переменного состава. This is achieved in that in the process volume laser synthesis products from powder compositions comprising feeding powder compositions and laser processing layers spatially variable predetermined amount of material properties in the formed articles prepared by the controlled feeding of powder compositions of varying composition.

Также возможен и второй вариант, когда эта задача достигается тем, что в способе лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающем подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев, пространственно-переменные заранее заданные свойства материала в объеме формируемого изделия получают путем динамического изменения параметров лазерной обработки (например, мощности лазерного излучения, скорости и способа сканирования) в процессе изготовления изделия. It is also possible, and the second embodiment, when this object is achieved in that in the method the laser synthesis of bulk products from powder compositions comprising feeding powder compositions and laser processing layers spatially variable predetermined material properties in a volume of formed products obtained by dynamically changing the laser processing parameters (e.g., laser power, scanning speed, and the process) during manufacture.

Для заявляемого технического решения и его признаков характерны следующие отличительные свойства: подача в зону лазерной обработки и размещение компонент порошковой композиции есть не механически повторяющийся процесс, как это было свойственно всем предыдущим технологическим решениям по СЛС, а заранее определенный и рассчитанный на стадии компьютерного проектирования процесс формирования новых свойств. For the declared technical solution and its symptoms characterized by the following distinctive features: feeding in the laser treatment zone and placing the powder component of the composition is not mechanically iterative process, as it was common to all the previous technological solutions of SLS and predetermined and calculated in the step of computer design process forming new properties. Технически эти условия выполняется посредством Technically, these conditions are fulfilled by
- введения в технологический стенд для СЛС устройств распределения порошковых компонент по спекаемой лазерным излучением поверхности, использующих различные методы нанесения (селективное размещение в отдельных участках поверхности или распределение по всей поверхности изделия); - introducing into the process stand for distribution devices SLS powder sintered component by laser radiation of the surface using different application methods (selective placement in individual regions of the surface or distributed throughout the surface of the product);
- реализации движения лазерного луча по определенной траектории и дозирования уровня ЛИ в каждой точке обрабатываемой поверхности. - the implementation of movement of the laser beam on a certain trajectory and dosing DO level at each point of the treated surface.

Принципиальным моментом при реализации заявляемого технического решения является выбор материала порошковых компонент синтезируемого объемного изделия. The fundamental point in the implementation of the proposed technical solutions is the choice of the material powder component synthesized bulk product. Эти компоненты должны обладать свойством припекаемости или химического сродства, что определяется их диаграммами состояния, условиями лазерного воздействия и возможностью совмещения в едином процессе компактирования кроме процесса спекания и других процессов, как например, склеивание, пайка, химическая реакция и т.д. These components must have the property pripekaemosti or chemical affinity, as determined by their state diagrams, the laser exposure conditions and the possibility of combining in a single compaction process except the sintering process and other processes, such as bonding, soldering, chemical reaction, etc. Кроме того, дисперсность порошка и диаметр пучка лазерного излучения должны быть соразмерны. In addition, the dispersibility of the powder and laser beam diameter must be commensurate.

Предлагаемый способ изготовления объемных изделий реализован в следующих примерах: The proposed method of manufacture of bulk products is implemented in the following examples:
Пример 1. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Example 1. Powders previously sieved on a system of sieves 005-05 (GOST 3584-73). Для приготовления порошковых смесей использовался никелевый наплавочный порошок ПГ-СР4 (ПН) на основе (Ni, Cr, В, Si) сплава с размером фракции < 63 мкм, который механически смешивали с порошком поликарбоната ЛЭТ-7.0 (ПК) с размером фракции <63 мкм до равномерного распределения. For the preparation of powder mixtures used nickel surfacing powder PG-CF4 (Mo) based on the (Ni, Cr, In, Si) alloy with a grain size <63 microns, which is mechanically mixed with powdered polycarbonate LET-7.0 (PC) with grain sizes <63 microns to a uniform distribution. Составлялись металлополимерные композиции следующего состава: Metallopolimernye compositions were prepared with the following composition:
1 - ПН+ПК = 10:1 ; 1 - PN + PC = 10: 1; 2 - ПН+ПК = 12:1; 2 - PC + Mo = 12: 1; 3 - ПН+ПК = 16:1; 3 - PC + Mo = 16: 1; 4 - ПН+ПК = 20:1; 4 - Mo + PC = 20: 1; 5 - ПН+ПК = 22:1 5 - PN + PC = 22: 1
Синтез объемного изделия осуществлялся воздействием непрерывного расфокусированного излучения YAG-Nd лазера (диаметр луча d л =2,5 мм, мощность ЛИ Р= 18,2 Вт, скорость сканирования v=17,3 cм/c). Synthesis bulk products carried continuous defocused radiation exposure YAG-Nd laser (beam diameter d L = 2.5 mm, the power P IS = 18.2 W, the scanning speed v = 17,3 cm / c). На первом этапе на подложку наносились и спекались 10 слоев порошковой композиции 1. На следующих этапах к уже спеченным слоям последовательно наносились и припекались порошковые слои композиций 2... 5 (по 10 слоев каждой композиции). In the first step the substrate and deposited layers 10 sintered powder composition 1. In the next steps to the already sintered layers sequentially deposited layers of powder and bake compositions 2 ... 5 (10 layers of each composition). В результате использования в одном процессе порошковых смесей с разным композиционным составом достигались изменения теплофизических свойств и пористости материала в плоскости, параллельной направлению послойного роста изделия. The use in a process of powder mixtures with different composition were achieved compositional changes thermophysical properties and porosity of the material in a plane parallel to the layer-growth product.

Пример 2. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Example 2 Powders previously sieved on a system of sieves 005-05 (GOST 3584-73). Наплавочный порошок ПГ-СР4 на основе (Ni, Cr, В, Si) сплава и размером фракции <63 мкм смешивали механически с порошком полиамида П12 с размером фракции < 63 мкм в весовой пропорции 4:1 до равномерного распределения. Surfacing Powder PG-CF4-based (Ni, Cr, In, Si) alloy, and the size fraction <63 microns was mixed mechanically with P12 polyamide powder with grain size <63 microns in a weight ratio of 4: 1 to the uniform distribution. Обработка осуществлялась сканированием непрерывного сфокусированного излучения YAG-Nd лазера (d л =90 мкм, Р=5 Вт, v=6 см/с) по поверхности последовательно наносимых слоев порошка. Processing was carried out continuously scanning the focused radiation YAG-Nd laser (d l = 90 mm, p = 5 W, v = 6 cm / s) over the surface of sequentially deposited layers of powder. Структура первых 10 слоев состоит из спеченных продольных полосок шириной 2 мм и расстоянием между ними 1,5 мм. The structure of the first layer 10 consists of sintered longitudinal stripe width of 2 mm and a spacing of 1.5 mm. Затем менялось направление сканирования и припекались следующие 10 слоев с поперечным расположением полосок. Then it changed the scan direction and bake following 10 layers of strips with a cross arrangement. Посредством последовательного чередования схем сканирования достигалась структурная анизотропия в направлении послойного роста изделия и в сечении, параллельном плоскости обработки. By scanning successive interleaving schemes achieved structural anisotropy in the direction of the layered product and the growth in the cross section parallel to the working plane.

Пример 3. Порошки предварительно просеивались на системе сит 005-05 (ГОСТ 3584-73). Example 3 Powders previously sieved on a system of sieves 005-05 (GOST 3584-73). Наплавочный порошок на основе латуни ПГ-19М-01 с размером фракции < 63 мкм, порошок оловянно-свинцового припоя ПОССУ-30-2 с размером фракции <50 мкм, порошок канифоли с размером фракции < 50 мкм смешивали механически в весовой пропорции 6:4:0,1 до равномерного распределения. Surfacing based powder PG-19M-01 brass with grain size <63 microns, a powder of tin-lead solder POSS-30-2 fraction with a size <50 microns, rosin powder with grain size <50 micrometers were mixed mechanically in a weight ratio of 6: 4 : 0.1 to uniform distribution. Обработка осуществлялась воздействием непрерывного сфокусированного излучения YAG-Nd лазера (d л =90 мкм, Р=11 Вт) по поверхности наносимых порошковых слоев. Processing was carried out continuously focused radiation exposure YAG-Nd laser (d L = 90 m, P = 11 W) over the surface of the applied powder layers. Структура каждого слоя представляет собой спеченные чередующиеся полоски шириной 4 мм. The structure of each layer is sintered alternating 4 mm wide strips. Обработка контактирующих полосок осуществлялась с разной скоростью (16 см/с и 8 см/с соответственно). Processing carried contact strips with varying rate (16 cm / s and 8 cm / s, respectively). В результате разогрева соседних областей до разных температур достигалось изменение пористости и, соответственно, теплофизических свойств. As a result, heating of the adjacent areas to different temperatures was achieved by changing the porosity and accordingly the thermophysical properties.

Изделия из этих новых анизотропных и градиентных материалов, изготовленные по предлагаемому способу, могут найти широкое применение в различных областях техники и технологии, например, в качестве фильтров для нефтяной и газовой промышленности, в различных химических и медицинских технологиях синтеза новых соединений. Products from these new anisotropic and gradient materials, manufactured according to the proposed method can find wide application in various fields of engineering and technology, for example, as filters for the oil and gas industry in various chemical and medical technologies of synthesis of new compounds. Спрогнозированное изменение электрических и/или магнитных свойств материалов по направлениям может быть полезным при изготовлении деталей радиоэлектроники и электротехники. The predicted change in the electrical and / or magnetic properties of materials in the directions can be useful in the manufacture of electrical and electronics parts.

Claims (2)

1. Способ лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающий подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев формируемого объемного изделия, отличающийся тем, что пространственно-переменные, заранее заданные свойства материала в объеме изделий получают путем управляемой подачи порошковых композиций переменного состава в зону лазерной обработки. 1. A method for bulk synthesis of laser products of powder compositions comprising feeding powder compositions and laser treatment layers formed bulk product, characterized in that a spatially variable, predetermined properties of the material in the amount of products obtained by the controlled flow of powder compositions of varying composition in the laser treatment zone .
2. Способ лазерного синтеза объемных изделий из порошковых композиций, включающий подачу порошковой композиции и лазерную обработку слоев формируемого объемного изделия, отличающийся тем, что пространственно-переменные, заранее заданные свойства материала в объеме изделий получают путем динамического изменения параметров лазерной обработки от слоя к слою, например, мощности лазерного излучения, скорости, способа сканирования. 2. A method of laser synthesis bulk articles from powder compositions comprising feeding powder compositions and laser treatment layers formed bulk product, characterized in that a spatially variable, predetermined properties of the material in the amount of products obtained by dynamically changing the laser processing parameters from layer to layer, e.g., laser power, speed, scan method.
RU2000120948A 2000-08-11 2000-08-11 Method for laser synthesis of bulky articles (variants) RU2212982C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000120948A RU2212982C2 (en) 2000-08-11 2000-08-11 Method for laser synthesis of bulky articles (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000120948A RU2212982C2 (en) 2000-08-11 2000-08-11 Method for laser synthesis of bulky articles (variants)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2212982C2 true RU2212982C2 (en) 2003-09-27
RU2000120948A RU2000120948A (en) 2004-02-27

Family

ID=29776513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000120948A RU2212982C2 (en) 2000-08-11 2000-08-11 Method for laser synthesis of bulky articles (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2212982C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521126C2 (en) * 2012-09-13 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Production of silica-alumina refractory material
RU2590431C2 (en) * 2013-02-28 2016-07-10 ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН Method of producing hybrid component
RU2621095C2 (en) * 2013-01-31 2017-05-31 Сименс Энерджи, Инк. Treatment of materials by optically transparent slag

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Физика и химия обработки материалов, №3, 1995, с. 88. *
Физика и химия обработки материалов, №6, 1997, с.92. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521126C2 (en) * 2012-09-13 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Production of silica-alumina refractory material
RU2621095C2 (en) * 2013-01-31 2017-05-31 Сименс Энерджи, Инк. Treatment of materials by optically transparent slag
US9770781B2 (en) 2013-01-31 2017-09-26 Siemens Energy, Inc. Material processing through optically transmissive slag
RU2590431C2 (en) * 2013-02-28 2016-07-10 ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН Method of producing hybrid component
US9764423B2 (en) 2013-02-28 2017-09-19 Ansaldo Energia Ip Uk Limited Method for manufacturing a hybrid component

Also Published As

Publication number Publication date
RU2000120948A (en) 2004-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Simchi Direct laser sintering of metal powders: Mechanism, kinetics and microstructural features
Carter et al. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy
Li et al. Parametric analysis of thermal behavior during selective laser melting additive manufacturing of aluminum alloy powder
Kelly et al. Microstructural evolution in laser-deposited multilayer Ti-6Al-4V builds: Part I. Microstructural characterization
Prashanth et al. Microstructure and mechanical properties of Al–12Si produced by selective laser melting: Effect of heat treatment
Li et al. Densification behavior of gas and water atomized 316L stainless steel powder during selective laser melting
Elahinia et al. Manufacturing and processing of NiTi implants: A review
DE69907863T2 (en) A method of infiltrating a porous body
US5732323A (en) Method for fabricating dimensionally accurate pieces by laser sintering
Gu Laser additive manufacturing of high-performance materials
DE69730245T2 (en) A process for the treatment of metal parts
EP2292357B1 (en) Ceramic article and methods for producing such article
Murr et al. Metal fabrication by additive manufacturing using laser and electron beam melting technologies
CN104755197B (en) Additive manufacturing method and apparatus
Gu et al. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms
EP1660566B2 (en) Powder for rapid prototyping and associated production method
US6147138A (en) Method for manufacturing of parts by a deposition technique
Schwendner et al. Direct laser deposition of alloys from elemental powder blends
DE69827844T2 (en) A process for making parts from powders using binders obtained from metal salt
Fessler et al. Laser deposition of metals for shape deposition manufacturing
CN100471997C (en) Method for controlling the microstructure of a laser metal formed hard layer
US8052923B2 (en) Method of producing products of amorphous metal
Song et al. Process parameter selection for selective laser melting of Ti6Al4V based on temperature distribution simulation and experimental sintering
US7521017B2 (en) Laser fabrication of discontinuously reinforced metal matrix composites
AU2003261497B2 (en) Laser-produced porous surface

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070812

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100320

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160812