RU222177U1

RU222177U1 - DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING OF PARTS

Info

Publication number: RU222177U1
Application number: RU2023126789U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Леонидович Раков; Рафаэль Юрьевич Сухоруков
Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Устройство относится к аддитивным технологиям синтеза деталей из металлического мелкодисперсного порошка и может найти применение в разных отраслях машиностроения. Предложено устройство аддитивного изготовления деталей направленным пучком высокоинтенсивного излучения в виде лазерного или электронного луча, причем излучатель размещают внутри камеры с возможностью его перемещения непосредственно внутри объема порошка. Устройство содержит герметизируемую камеру 1 (фиг. 1), внутри которой установлен рабочий стол 2, предназначенный для размещения металлического мелкодисперсного порошка 3, и портал 4 с возможностью его перемещения по оси Y двигателей 5 на направляющих 6. Каретка 7 расположена на портале с возможностью перемещения по оси X по направляющей 8. На каретке размещен челнок 9 с излучательной головкой 10, содержащей источник высокоинтенсивного пучка. Челнок выполнен с возможностью перемещения по оси Z, а с торца излучательной головки исходит высокотемпературный луч, посредством которого осуществляется спекание порошка и синтез объемных объектов 11 при горизонтальном и вертикальном перемещении головки внутри объема порошка. Использование заявленного устройства аддитивного изготовления деталей позволит при упрощении технологии сократить время изготовления деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

The device belongs to additive technologies for the synthesis of parts from fine metal powder and can find application in various branches of mechanical engineering. A device is proposed for the additive manufacturing of parts using a directed beam of high-intensity radiation in the form of a laser or electron beam, with the emitter placed inside a chamber with the ability to move it directly inside the powder volume. The device contains a sealed chamber 1 (Fig. 1), inside of which a work table 2 is installed, designed to accommodate fine metal powder 3, and a portal 4 with the ability to move it along the Y axis of the motors 5 on guides 6. The carriage 7 is located on the portal with the ability to move along the X axis along guide 8. A shuttle 9 with a radiation head 10 containing a high-intensity beam source is placed on the carriage. The shuttle is designed to move along the Z axis, and a high-temperature beam emanates from the end of the emitting head, through which the powder is sintered and volumetric objects 11 are synthesized with horizontal and vertical movement of the head inside the powder volume. The use of the claimed device for additive manufacturing of parts will allow, while simplifying the technology, to reduce the time for manufacturing parts. 2 salary f-ly, 2 ill.

Description

Данное устройство относится к аддитивным технологиям синтеза деталей из металлического мелкодисперсного порошка и может найти применение в разных отраслях машиностроения.This device belongs to additive technologies for the synthesis of parts from fine metal powder and can find application in various branches of mechanical engineering.

Известно устройство для аддитивного изготовления деталей, которое содержит камеру, соединенную с механизмами загрузки и вывода металлического мелкодисперсного порошка, источник пучка высокоинтенсивного излучения, оснащенный излучательной головкой и приводы перемещения излучательной головки по направляющим, соединенные с пультом автоматического управления (Патент РФ №89011, МПК B22F 3/6, 2009 г.).A device for additive manufacturing of parts is known, which contains a chamber connected to mechanisms for loading and outputting fine metal powder, a high-intensity radiation beam source equipped with a radiating head and drives for moving the radiating head along guides, connected to an automatic control panel (RF Patent No. 89011, IPC B22F 3/6, 2009).

Данное техническое решение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предлагаемому и, поэтому, принято в качестве его прототипа.This technical solution in terms of technical essence and achieved result is closest to the proposed one and, therefore, is accepted as its prototype.

Работа известного устройства происходит следующим образом.The operation of the known device occurs as follows.

На стол внутри камеры с помощью дозатора насыпают слой металлического мелкодисперсного пороша, разравнивают и уплотняют его с помощью специальных механизмов. После чего осуществляют процесс послойного спекания, нанесенного на рабочий стол слоя порошка лазерным лучом, путем перемещения лазерной оптической головки над слоем порошка при помощи приводов, расположенных вне камеры. После окончания первой стадии процесса при помощи высокоточного шагового винтового привода с ЧПУ рабочий стол опускают на величину, соответствующую заданной толщине очередного слоя порошка. Затем, переходит к подготовке следующего слоя порошка аналогично, указанному выше способу, с последующим его спеканием. Все перечисленные операции проводят с помощью пульта автоматического управления в соответствии с заданной программой. Неизрасходованный порошок сбрасывают в бункер сбора избыточного количества порошка.A layer of fine metal powder is poured onto the table inside the chamber using a dispenser, leveled and compacted using special mechanisms. After that, the process of layer-by-layer sintering is carried out, applied to the working table of a layer of powder with a laser beam, by moving the laser optical head over the layer of powder using drives located outside the chamber. After completing the first stage of the process, using a high-precision CNC stepper screw drive, the work table is lowered by an amount corresponding to the specified thickness of the next layer of powder. Then, he proceeds to preparing the next layer of powder in a similar way to the method indicated above, followed by sintering. All of the above operations are carried out using an automatic control panel in accordance with a given program. Unused powder is dumped into a hopper for collecting excess powder.

Это устройство позволяет изготавливать различные объемные детали.This device allows you to produce various volumetric parts.

Недостаток известного технического решения является сложность его осуществления, обусловленная использованием средств для дозированной послойной подачи порошка на рабочий стол и механизма выравнивания и уплотнения слоя порошка. Сложные элементы способа и конструкции устройства для выполнения этих послойных операций ведут к снижению производительности и удорожанию оборудования для аддитивной технологии.The disadvantage of the known technical solution is the complexity of its implementation, due to the use of means for dosed layer-by-layer supply of powder to the work table and a mechanism for leveling and compacting the powder layer. Complex elements of the method and device design for performing these layer-by-layer operations lead to a decrease in productivity and an increase in the cost of equipment for additive technology.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, заключается в упрощении конструкции и системы управления технологическим процессом.The technical result obtained by implementing the proposed technical solution is to simplify the design and process control system.

Заявленный результат достигается тем, что устройство, содержит камеру, соединенную с механизмами загрузки и вывода металлического мелкодисперсного порошка, источник пучка высокоинтенсивного излучения, оснащенный излучательной головкой и приводы перемещения излучательной головки по направляющим, соединенные с пультом автоматического управления, при этом камера выполнена с возможностью ее герметизации, соединена с системой вакуумирования и нагнетания в камеру инертного газа, излучательная головка выполнена в виде полого стержня, направляющие и приводы для ее перемещения расположены внутри камеры с возможностью горизонтального и вертикального перемещения ее по направляющим внутри объема порошка, причем в качестве источника пучка высокоинтенсивного излучения используют лазер или электронный прожектор, установленные в излучательной головке.The claimed result is achieved by the fact that the device contains a chamber connected to mechanisms for loading and outputting fine metal powder, a high-intensity radiation beam source equipped with a radiating head and drives for moving the radiating head along guides, connected to an automatic control panel, while the chamber is configured to sealing, connected to a system for evacuation and injection of inert gas into the chamber, the radiating head is made in the form of a hollow rod, guides and drives for its movement are located inside the chamber with the possibility of horizontal and vertical movement along guides inside the powder volume, and as a source of a high-intensity radiation beam use a laser or electronic spotlight installed in the emitting head.

Работу устройства иллюстрируют примером выполнения.The operation of the device is illustrated by an example.

В данном примере, согласно полезной модели, используют металлический мелкодисперсный порошок из титанового сплава ВТ-6 (Ti6-4) фракции 45-105 мкм, в качестве источника излучения используют оптоволоконный лазер модели ЛС-03, или электронный прожектор модели ЭП-60, температуру порошка измеряю бесконтактными инфракрасными термометрами типа PT-S80/PT-U80.In this example, according to the utility model, fine metal powder from titanium alloy VT-6 (Ti6-4) fraction 45-105 microns is used, a fiber optic laser model LS-03, or an electronic spotlight model EP-60 is used as a radiation source, temperature I measure powder with non-contact infrared thermometers type PT-S80/PT-U80.

На фиг. 1 изображена камера (с условно прозрачными стенками).In fig. Figure 1 shows a chamber (with relatively transparent walls).

На фиг. 2 представлена схема выполнения устройства.In fig. 2 shows a diagram of the device.

Устройство содержит герметизируемую камеру 1 (фиг. 1), внутри которой установлен рабочий стол 2, предназначенный для размещения металлического мелкодисперсного порошка 3, и портал 4, с возможностью его перемещения по оси Y относительно рабочего стола при помощи шарико-винтовых передач и шаговых двигателей 5 на рельсовых линейных направляющих 6. Каретка 7 расположена на портале с возможностью перемещения по оси X при помощи шарико-винтовых передач и, аналогичного выше упомянутым, шагового двигателя по направляющей 8. На каретке размещен челнок 9 с излучательной головкой 10. Челнок выполнен с возможностью перемещения по оси Z и поворота относительно этой оси при помощи двигателя (на рисунке не показан), а сама излучательная головка выполнена в виде полого стержня из нержавеющей стали, с торца которого может исходить высокотемпературный луч, посредством которого осуществляется спекание порошка и синтез объемных объектов 11 при горизонтальном и вертикальном перемещении головки внутри объема порошка. Источник 12 (фиг. 2) лазерного или электронного пучка расположен в излучательной головке 10 и связан с посредством силового кабеля (на рисунке не обозначен) с источником питания 13. Устройство, также оснащено пультом автоматического управления 14, электрически соединенного с блоком питания (на чертеже не показан), источником излучения, механизмом 15-1 загрузки и механизмом 15-2 вывода металлического мелкодисперсного порошка, системой 16 вакуумирования и нагнетания в камеру инертного газа и двигателями перемещения излучательной головки.The device contains a sealed chamber 1 (Fig. 1), inside of which a work table 2 is installed, designed to accommodate fine metal powder 3, and a portal 4, with the ability to move it along the Y axis relative to the work table using ball screws and stepper motors 5 on rail linear guides 6. The carriage 7 is located on the portal with the ability to move along the X axis using ball screws and, similar to the above mentioned, a stepper motor along the guide 8. A shuttle 9 with a radiating head 10 is placed on the carriage. The shuttle is designed to move along the Z axis and rotation relative to this axis using a motor (not shown in the figure), and the emitting head itself is made in the form of a hollow stainless steel rod, from the end of which a high-temperature beam can emanate, through which powder sintering and synthesis of volumetric objects 11 are carried out at horizontal and vertical movement of the head inside the powder volume. The source 12 (Fig. 2) of a laser or electron beam is located in the emitting head 10 and is connected via a power cable (not indicated in the figure) to a power source 13. The device is also equipped with an automatic control panel 14, electrically connected to the power supply (in the drawing not shown), a radiation source, a loading mechanism 15-1 and a mechanism 15-2 for outputting fine metal powder, a system 16 for evacuation and injection of inert gas into the chamber and motors for moving the radiating head.

Пример реализации с помощью данного устройства.An example of implementation using this device.

По сигналу с пульта автоматического управления 14 с помощью механизма 15-1 загрузки порошка на рабочий стол 2, находящийся внутри камеры 1, высыпают металлургический порошок в объеме, достаточным для изготовления всего изделия. Затем камеру герметизируют и по сигналу с пульта автоматического управления с помощью системы 16 вакуумирования и нагнетания в камеру инертного газа из камеры откачивают воздух до остаточного давления 1×10^-4 мбар и наполняют ее аргоном до давления 1×10^-1 мбар. По сигналу с пульта автоматического управления, путем перемещения при помощи двигателей 5 по направляющих 6 портала 4 и каретки 7 по направляющей 8, установленный на каретке челнок 9 и соединенную с ним излучательную головку 10, позиционируют в горизонтальной плоскости в нужном месте рабочего стола. По сигналу с пульта автоматического управления включают источник 12 высокоинтенсивного пучка, производят нагрев области поверхности порошка до заданного уровня температуры и в пределах этой области, опуская вниз по вертикали с помощью челнока излучательную головку 10 в массу порошка и, регулируя с пульта автоматического управления процесс ее перемещение по трем координатам при передвижении портала, каретки и челнока по заданной программе, путем селективного спекания и отверждения порошка синтезируют деталь 11. По окончании процесса камеру охлаждают, разгерметизируют и излишки порошка выгружают с помощью механизма вывода порошка 15-2.Upon a signal from the automatic control panel 14, using the powder loading mechanism 15-1, metallurgical powder is poured onto the work table 2 located inside the chamber 1 in a volume sufficient to manufacture the entire product. Then the chamber is sealed and, according to a signal from the automatic control panel, using system 16 for evacuation and injection of inert gas into the chamber, air is pumped out of the chamber to a residual pressure of 1×10 ^-4 mbar and filled with argon to a pressure of 1×10 ^-1 mbar. At the signal from the automatic control panel, by moving the motors 5 along the guides 6 of the portal 4 and the carriage 7 along the guide 8, the shuttle 9 mounted on the carriage and the emitting head 10 connected to it are positioned in the horizontal plane at the desired location on the desktop. At the signal from the automatic control panel, the high-intensity beam source 12 is turned on, the area of the surface of the powder is heated to a given temperature level and within this area, the emitting head 10 is lowered vertically using a shuttle into the mass of powder and the process of its movement is regulated from the automatic control panel in three coordinates when moving the portal, carriage and shuttle according to a given program, part 11 is synthesized by selective sintering and powder hardening. At the end of the process, the chamber is cooled, depressurized and excess powder is unloaded using the powder output mechanism 15-2.

Использование заявленного устройства для его осуществления позволяют при упрощении технологии сократить время изготовления деталей.The use of the claimed device for its implementation allows, while simplifying the technology, to reduce the manufacturing time of parts.

Claims

1. A device for additive manufacturing of parts, containing a chamber connected to mechanisms for loading and outputting fine metal powder, a high-intensity radiation beam source equipped with a radiating head, and drives for moving the radiating head along guides, connected to an automatic control panel, characterized in that the chamber is made with the possibility of its sealing, connected to a system of evacuation and injection of inert gas into the chamber, the radiating head is made in the form of a hollow rod containing a source of high-intensity radiation beam, guides and drives for its movement are located inside the chamber with the possibility of horizontal and vertical movement along guides inside the powder volume .

2. A device for additive manufacturing of parts according to claim 1, characterized in that a laser is used as a source of a high-intensity radiation beam.

3. A device for additive manufacturing of parts according to claim 1, characterized in that an electronic spotlight is used as a source of a high-intensity radiation beam.