RU2574536C2 - Production of metal component by additive laser process - Google Patents
Production of metal component by additive laser process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574536C2 RU2574536C2 RU2013151901/02A RU2013151901A RU2574536C2 RU 2574536 C2 RU2574536 C2 RU 2574536C2 RU 2013151901/02 A RU2013151901/02 A RU 2013151901/02A RU 2013151901 A RU2013151901 A RU 2013151901A RU 2574536 C2 RU2574536 C2 RU 2574536C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- layer
- orientation
- plane
- grains
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000000996 additive Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 46
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 24
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 13
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 claims description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000011068 load Methods 0.000 claims description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004140 HfO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims description 3
- -1 ThO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 claims description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 230000002596 correlated Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 3
- 229910001293 incoloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 201000003838 idiopathic interstitial pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910001247 waspaloy Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к технологии устойчивых к высоким температурам деталей, в частности деталей трактов горячего газа для газовых турбин. Оно относится к способу изготовления металлического компонента/трехмерного изделия технологиями аддитивного изготовления, такими как селективное лазерное плавление (SLM), селективное лазерное спекание (SLS) или электронно-лучевое плавление (EBM).The present invention relates to the technology of high temperature resistant parts, in particular parts of hot gas paths for gas turbines. It relates to a method for manufacturing a metal component / three-dimensional product by additive manufacturing techniques such as selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS) or electron beam melting (EBM).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Аддитивное изготовление стало все более и более привлекательным решением в изготовлении металлических функциональных прототипов и компонентов. Известно, что в методах SLM, SLS и EBM используют порошкообразный материал в качестве базового материала. Компонент или изделие генерируется непосредственно из слоя порошка. Прочими методами аддитивного изготовления, такими как лазерное формование металла (LMF), объемная лазерная наплавка (LENS) или непосредственное осаждение металла (DMD), локально наплавляют материал на существующую деталь. Этот вновь генерированный материал может быть осажден либо в виде проволоки, либо как порошок, где устройство для осаждения порошка перемещается вдоль предварительно заданной траектории либо с помощью робота, либо станка с числовым программным управлением (CNC).Additive manufacturing has become an increasingly attractive solution in the manufacture of metal functional prototypes and components. It is known that in the SLM, SLS and EBM methods, a powder material is used as the base material. A component or product is generated directly from the powder layer. Other additive manufacturing methods, such as laser metal forming (LMF), bulk laser cladding (LENS), or direct metal deposition (DMD), locally deposit material onto an existing part. This newly generated material can be deposited either in the form of a wire or as a powder, where the device for powder deposition moves along a predetermined path using either a robot or a numerically controlled machine tool (CNC).
Фиг. 1 показывает базовую конфигурацию 10 метода SLM, известную из уровня техники, в которой трехмерное изделие (компонент) 11 изготавливают последовательным добавлением слоев 12 порошка с предварительно заданными толщиной «d», площадью и контуром слоя, который затем расплавляют с помощью сканирующего лазерного луча 14 из лазерного устройства 13 и под контролем управляющего устройства 15.FIG. 1 shows the
Обычно векторы сканирования одного слоя параллельны друг другу внутри этого слоя (смотри фиг. 2а) или определенных участков (так называемых картин шахматной доски), имеют фиксированный угол между векторами сканирования в одном слое (смотри фиг. 3а). Между последовательными слоями (что значит между слоем «n» и слоем «n+1» и между слоем «n+1» и слоем «n+2» и так далее) векторы сканирования поворачивают либо на угол, например, 90° (смотри фиг. 2b, 3b), либо на угол, отличный от 90°, или n*90° (смотри фиг. 4а, 4b). Это (с использованием чередующихся траекторий сканирования для последовательных слоев или определенных участков картины, например шахматной доски, внутри одного слоя изделия) делалось до сих пор для достижения хорошего качества (оптимальной плотности детали/изделия и геометрической точности) в отношении изделия, изготовленного методом SLM.Typically, the scanning vectors of one layer are parallel to each other inside this layer (see Fig. 2a) or of certain areas (the so-called chessboard patterns), have a fixed angle between the scanning vectors in one layer (see Fig. 3a). Between successive layers (which means between the layer “n” and the layer “n + 1” and between the layer “n + 1” and the layer “n + 2” and so on) the scanning vectors are rotated either by an angle, for example, 90 ° (see Fig. 2b, 3b), or at an angle other than 90 °, or n * 90 ° (see Fig. 4a, 4b). This (with the use of alternating scanning paths for successive layers or certain areas of the picture, for example a checkerboard, inside one layer of the product) has been done so far to achieve good quality (optimal density of the part / product and geometric accuracy) with respect to the product made by the SLM method.
Типичная конфигурация дорожки SLM, известная из уровня техники, показана на фиг. 5.A typical SLM track configuration known in the art is shown in FIG. 5.
Типичный температурный профиль в лунке расплава и обусловленные этим термические градиенты вблизи лунки расплава благоприятствуют быстрому и предпочтительному росту зерен перпендикулярно плоскости порошка (x-y-плоскости). Это имеет результатом характерную микроструктуру, проявляющую удлиненные в z-направлении зерна (= направление первичной ориентации зерен, кристаллографическое [001]-направление). Это направление перпендикулярно x-y-плоскости. Поэтому первый образец, протяженный в z-направлении (смотри фиг. 1), проявляет свойства, отличные от второго образца, протяженного в x-y-плоскости (= направлении вторичной ориентации зерен, вторичном кристаллографическом направлении), например модуль Юнга в z-направлении, как правило, отличается от модуля Юнга в плоскости порошка (x-y-плоскости).The typical temperature profile in the melt hole and the resulting thermal gradients near the melt hole favor the rapid and preferred grain growth perpendicular to the powder plane (x-y plane). This results in a characteristic microstructure exhibiting grain elongated in the z-direction (= direction of primary grain orientation, crystallographic [001] direction). This direction is perpendicular to the x-y plane. Therefore, the first sample, extended in the z-direction (see Fig. 1), exhibits properties different from the second sample, extended in the xy-plane (= direction of the secondary grain orientation, secondary crystallographic direction), for example, Young's modulus in the z-direction, as as a rule, differs from Young's modulus in the powder plane (xy plane).
Поэтому одним характеристическим признаком основанной на использовании порошка или другой технологии аддитивного изготовления является высокая анизотропия свойств материала (например, модуля Юнга, предела текучести, предела прочности на растяжение, характеристик малоцикловой усталости, ползучести), обусловленных известным способом послойного наращивания и условиями локального затвердевания по время обработки порошкового слоя методом SLM.Therefore, one characteristic feature based on the use of powder or other additive manufacturing technology is the high anisotropy of material properties (for example, Young's modulus, yield strength, tensile strength, low-cycle fatigue, creep), due to the known method of layer-by-layer growth and conditions of local solidification over time processing the powder layer by SLM.
Такая анизотропия характеристик материала в некоторых вариантах применения могла бы быть недостатком. Поэтому заявитель уже подал две не опубликованные до сих пор патентные заявки, которые раскрывают тот факт, что анизотропия свойств материала в компонентах, изготовленных способами аддитивного лазерного изготовления, может быть уменьшена надлежащей термической обработкой «после наращивания», обеспечивающей более изотропные характеристики материала.Such anisotropy of material characteristics in some applications could be a disadvantage. Therefore, the applicant has already filed two patent applications that have not yet been published, which disclose the fact that the anisotropy of material properties in components made by additive laser manufacturing methods can be reduced by proper post-build heat treatment, which provides more isotropic material characteristics.
На протяжении последних 3 десятилетий были разработаны получаемые направленным затвердеванием (DS) и монокристаллические (SX) детали турбин, которые получаются литьем по выплавляемым моделям, и где низкие значения, например, модуля Юнга в первичной и вторичной ориентации зерен (перпендикулярно направлению первичного роста) согласуются с условиями термомеханической нагрузки. Такое согласование здесь достигается применением затравочных кристаллов и средств селекции зерен и привело к значительному повышению технических характеристик и срока службы компонентов.Over the past 3 decades, directional solidification (DS) and single-crystal (SX) turbine parts have been developed that are produced by investment casting and where low values, for example, Young's modulus in the primary and secondary grain orientation (perpendicular to the primary growth direction) are consistent with thermomechanical loading conditions. Such coordination here is achieved by the use of seed crystals and means of grain selection and has led to a significant increase in the technical characteristics and service life of the components.
Однако до настоящего времени такие способы контроля первичной, а также вторичной кристаллографической ориентации не известны для деталей/компонентов, получаемых методом SLM.However, to date, such methods of controlling the primary as well as secondary crystallographic orientation are not known for parts / components obtained by the SLM method.
Также стало возможным регулирование микроструктуры осаждений, сформированных на монокристаллических (SX) подложках способами генеративного лазерного формирования, способом, который называется эпитаксиальным лазерным формованием металла (E-LMF). Этими методами могут быть получены детали, которые имеют либо предпочтительную ориентацию зерен (DS), либо отсутствие межзеренных границ (SX).It has also become possible to control the microstructure of the depositions formed on single-crystal (SX) substrates by means of generative laser formation, a method called epitaxial laser metal forming (E-LMF). By these methods, details can be obtained that have either a preferred grain orientation (DS) or lack of grain boundaries (SX).
С повышением конструктивной сложности будущих деталей трактов горячего газа экономически целесообразное производство таких SX- или DS-деталей/компонентов литьем будет становиться все более и более проблематичным, так как прогнозируется падение выхода годных при литье тонкостенных и двустенных компонентов. Более того, эпитаксиальное лазерное формование металла может быть применено только к деталям, базовый материал которых уже имеет монокристаллическую ориентацию.With an increase in the structural complexity of future hot gas duct parts, the economically feasible production of such SX- or DS-parts / components by casting will become more and more problematic, since the yield of casting thin-walled and double-walled components is predicted to drop. Moreover, epitaxial laser metal forming can only be applied to parts whose base material already has a single crystal orientation.
SLM-технология пригодна для изготовления деталей с высокими техническими характеристиками и со сложной формой благодаря ее способности создавать очень сложно устроенные конструкции непосредственно из порошкового слоя. Подобный контроль микроструктуры, как описанный выше для литья SX- или DS-компонентов, был бы тем самым весьма благоприятным для деталей и прототипов, которые изготавливаются по SLM-технологии или другими способами аддитивного лазерного изготовления. Дополнительное регулирование и согласование модуля Юнга еще более повысило бы технические характеристики и потенциал вариантов применения таких компонентов.SLM technology is suitable for the manufacture of parts with high technical characteristics and with a complex shape due to its ability to create very complex structures directly from the powder layer. A similar control of the microstructure, as described above for casting SX or DS components, would thereby be very favorable for parts and prototypes that are manufactured using SLM technology or other methods of additive laser manufacturing. Additional regulation and harmonization of the Young's modulus would further enhance the technical characteristics and potential applications of such components.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Одной целью настоящего изобретения является представление способа полного или частичного изготовления металлического компонента/трехмерного изделия методами аддитивного изготовления с улучшенными свойствами, где либо могут быть выгодным путем использованы анизотропные характеристики, либо где анизотропия может быть снижена или устранена, в зависимости от предполагаемой конструкции компонента. Цель настоящего изобретения также состоит в представлении способа, подходящего для реализации согласования анизотропных характеристик изделия с условиями локальной термомеханической нагрузки.One objective of the present invention is to provide a method for the full or partial manufacture of a metal component / three-dimensional product by methods of additive manufacturing with improved properties, where either anisotropic characteristics can be used advantageously, or where anisotropy can be reduced or eliminated, depending on the intended construction of the component. An object of the present invention is also to provide a method suitable for realizing matching anisotropic characteristics of an article with local thermomechanical loading conditions.
Эта и прочие цели достигнуты способом согласно пункту 1 формулы изобретения.This and other objectives are achieved by the method according to
Настоящее изобретение раскрывает регулирование вторичной кристаллографической ориентации зерен в металлических компонентах/трехмерных изделиях (например, испытательных образцах, вставках для компонентов), изготовленных из жаропрочных сплавов на основе Ni, Со или Fe, обрабатываемых по технологии аддитивного изготовления. Для этого является существенным надлежащее распределение траекторий перемещения сканера во время создания изделия.The present invention discloses the regulation of the secondary crystallographic orientation of grains in metal components / three-dimensional products (for example, test samples, inserts for components) made of heat-resistant alloys based on Ni, Co or Fe processed by additive manufacturing technology. For this, the proper distribution of the scanner's paths during product creation is essential.
Является полезным регулирование микроструктуры генерируемого материала и использование этой характеристической анизотропии материала.It is useful to control the microstructure of the generated material and use this characteristic anisotropy of the material.
Изобретение основывается на том обнаруженном факте, что вторичная ориентация кристаллов может быть отрегулирована контролем сканирования и наращивания.The invention is based on the fact that the secondary orientation of the crystals can be adjusted by scanning and growth control.
Компоненты/изделия, изготовленные согласно настоящему изобретению, имеют контролируемую вторичную кристаллографическую ориентацию зерен, которая ведет к более длительному сроку службы и повышенной эксплуатационной эффективности металлических деталей и прототипов по сравнению с компонентами, изготовленными методами аддитивного изготовления согласно прототипу.The components / products made according to the present invention have a controlled secondary crystallographic orientation of the grains, which leads to a longer service life and increased operational efficiency of metal parts and prototypes in comparison with components made by the methods of additive manufacturing according to the prototype.
Согласно изобретению способ полного или частичного изготовления металлического изделия/компонента включает стадии, на которыхAccording to the invention, a method for the full or partial manufacture of a metal product / component includes the steps of
а) последовательно выращивают указанные изделие/компонент из металлического базового материала с помощью процесса аддитивного изготовления путем сканирования энергетическим лучом, тем самымa) sequentially grow the specified product / component from a metal base material using the additive manufacturing process by scanning with an energy beam, thereby
b) создают контролируемую ориентацию зерен по первичному и вторичному направлению изделия/компонента,b) create a controlled orientation of the grains in the primary and secondary direction of the product / component,
с) причем вторичная ориентация зерен достигается применением конкретной картины сканирования энергетическим лучом, которая согласуется с профилем сечения изделия/компонента или с условиями локальной нагрузки на изделие/компонент.c) moreover, the secondary orientation of the grains is achieved by applying a specific scanning pattern by the energy beam, which is consistent with the cross-sectional profile of the product / component or with the local load on the product / component.
В одном предпочтительном варианте исполнения способа активный контроль вторичной ориентации зерен достигается в стадии, в которой траектории перемещения сканера проводят попеременно параллельно (в первом слое) и перпендикулярно (в следующем слое) и так далее направлению компонента, где желательно наименьшее значение модуля Юнга.In one preferred embodiment of the method, active control of the secondary orientation of the grains is achieved in the stage in which the scanner's trajectory is alternately parallel (in the first layer) and perpendicular (in the next layer) and so on to the component direction where the smallest Young's modulus is desired.
Способ может быть использован, в частности, для изготовления деталей для пропускания горячего газа от малого до среднего размера и прототипов со сложной конфигурацией. Такие детали могут находиться, например, в первых турбинных ступенях газовой турбины, в компрессоре или в камерах сгорания. Преимуществом является то, что способ может быть использован как для изготовления новых деталей, так и в пределах процесса восстановления/ремонта.The method can be used, in particular, for the manufacture of parts for transmitting hot gas from small to medium size and prototypes with a complex configuration. Such parts may be located, for example, in the first turbine stages of a gas turbine, in a compressor, or in combustion chambers. The advantage is that the method can be used both for the manufacture of new parts, and within the recovery / repair process.
Согласно одному варианту осуществления изобретения указанный способ аддитивного изготовления представляет собой одно из селективного лазерного плавления (SLM), селективного лазерного спекания (SLS) или электронно-лучевого плавления (EBM) и используется металлический базовый материал в форме порошка.According to one embodiment of the invention, said additive manufacturing method is one of selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS) or electron beam melting (EBM), and a metal base material in the form of a powder is used.
Более конкретно указанный SLM-, SLS- или EBM-способ включает стадии, на которых:More specifically, said SLM, SLS, or EBM method comprises the steps of:
а) создают трехмерную модель указанного изделия с последующим процессом послойного разделения для расчета сечений;a) create a three-dimensional model of the specified product with the subsequent process of layer-by-layer separation for the calculation of cross sections;
b) после этого передают указанные рассчитанные сечения в управляющее устройство (15);b) after that, the indicated calculated sections are transferred to the control device (15);
с) обеспечивают порошок указанного базового материала, который необходим для процесса;c) provide a powder of the specified base material, which is necessary for the process;
d) готовят слой (12) порошка с постоянной и равномерной толщиной на пластинчатой подложке или на ранее обработанном порошковом слое;d) preparing a layer (12) of powder with a constant and uniform thickness on a plate substrate or on a previously treated powder layer;
е) выполняют плавление проведением сканирования энергетическим лучом (14) соответственно сечению указанных изделий согласно трехмерной модели, сохраняемой в управляющем устройстве (15);f) carry out the melting by scanning the energy beam (14) according to the cross section of these products according to the three-dimensional model stored in the control device (15);
f) понижают верхнюю поверхность предварительно сформированного сечения на толщину одного слоя (d);f) lowering the upper surface of the preformed section by the thickness of one layer (d);
g) повторяют указанные стадии от d) до f), пока не будет достигнуто последнее сечение согласно трехмерной модели; иg) repeat the indicated steps from d) to f) until the last section according to the three-dimensional model is reached; and
h) необязательно проводят термическую обработку указанного трехмерного изделия (11), в которой на стадиях е) выполняют сканирование энергетическим лучом таким образом, чтобыh) optionally, heat treatment of said three-dimensional article (11) is carried out, in which, in steps e), an energy beam is scanned in such a way that
- векторы сканирования были перпендикулярными либо между последовательными слоями, либо между каждым из определенных участков (островков) слоя, тем самым создавая конкретную желательную вторичную кристаллографическую ориентацию зерен, или- the scanning vectors were perpendicular either between successive layers or between each of certain sections (islands) of the layer, thereby creating a specific desired secondary crystallographic orientation of the grains, or
- векторы сканирования имели произвольно выбранные углы между последовательными слоями или между каждым из определенных участков (островков) слоя, тем самым без создания конкретной вторичной кристаллографической ориентации зерен.- scanning vectors had randomly selected angles between successive layers or between each of certain sections (islands) of the layer, thereby without creating a specific secondary crystallographic orientation of the grains.
Энергетическим лучом, например энергетическим лазерным лучом высокой плотности, проводят сканирование согласно такой конкретной картине сканирования, чтобы вторичная кристаллографическая ориентация зерен согласовывалась с предполагаемой конфигурацией компонента.An energy beam, such as a high-density energy laser beam, is scanned according to such a specific scanning pattern so that the secondary crystallographic orientation of the grains is consistent with the intended configuration of the component.
Более конкретно распределение зерен по величине в указанном порошке корректируют сообразно толщине слоя в указанном слое порошка, чтобы обеспечить хорошую текучесть, которая требуется для образования порошковых слоев с постоянной и равномерной толщиной. Согласно одному дополнительному варианту осуществления изобретения, зерна порошка имеют сферическую форму.More specifically, the grain size distribution in the specified powder is adjusted according to the thickness of the layer in the specified powder layer to provide good flowability, which is required for the formation of powder layers with a constant and uniform thickness. According to one additional embodiment of the invention, the grains of the powder are spherical in shape.
Согласно еще одному дополнительному варианту осуществления изобретения порошок с точным гранулометрическим составом получают просеиванием и/или с помощью веялки (воздушной сепарацией).According to a still further embodiment of the invention, a powder with an accurate particle size distribution is obtained by sieving and / or using a fan (air separation).
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения указанный порошок создают с помощью процесса порошковой металлургии, более конкретно - одного из газового или водяного распыления, технологического процесса с вращением электрода в плазме или механического размалывания.According to another embodiment of the invention, said powder is produced using a powder metallurgy process, more specifically one of gas or water spraying, a process with a plasma electrode rotating, or mechanical grinding.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения указанный металлический базовый материал представляет собой высокотемпературный сплав на основе никеля (Ni).According to another embodiment of the invention, said metal base material is a high temperature nickel (Ni) alloy.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения указанный металлический базовый материал представляет собой высокотемпературный сплав на основе кобальта (Со).According to another embodiment of the invention, said metallic base material is a cobalt (Co) high temperature alloy.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения указанный металлический базовый материал представляет собой высокотемпературный сплав на основе железа (Fe).According to another embodiment of the invention, said metal base material is a high temperature alloy based on iron (Fe).
Более конкретно указанный сплав может содержать тонко диспергированные оксиды, в частности один из Y2O3, Al2O3, ThO2, HfO2, ZrO2.More specifically, said alloy may contain finely dispersed oxides, in particular one of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , ThO 2 , HfO 2 , ZrO 2 .
Важным аспектом настоящего изобретения является тот факт, что предпочтительные микроструктуры не должны быть сформированы во всем объеме детали в целом. Вместо этого согласование может быть применено или исключено произвольным образом для различных зон, в зависимости от требований локальной механической целостности (MI). Это является преимуществом по сравнению с литьем по выплавляемым моделям или E(эпитаксильном)-LMF, где контроль микроструктуры утрачивается, как только условия эпитаксильного роста уже более не имеют места, и происходит рост равноосных зерен.An important aspect of the present invention is the fact that preferred microstructures should not be formed in the entire volume of the part as a whole. Instead, matching can be applied or excluded arbitrarily for different zones, depending on local mechanical integrity (MI) requirements. This is an advantage over Lost wax casting or E (epitaxyl) -LMF, where the control of the microstructure is lost as soon as the conditions for epitaxial growth no longer exist and equiaxed grains grow.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Теперь настоящее изобретение должно быть разъяснено более подробно с помощью различных вариантов осуществления и с привлечением сопроводительных чертежей.Now the present invention should be explained in more detail using various embodiments and with the accompanying drawings.
Фиг. 1 показывает базовую конфигурацию SLM-метода изготовления согласно прототипу, который может быть использован в настоящем изобретении;FIG. 1 shows a basic configuration of an SLM manufacturing method according to a prototype that can be used in the present invention;
фиг. 2а, 2b показывают первую схему сканирования (с чередующимися векторами сканирования под углом 90° между смежными слоями) для SLM-метода изготовления;FIG. 2a, 2b show a first scanning scheme (with alternating scanning vectors at an angle of 90 ° between adjacent layers) for the SLM manufacturing method;
фиг. 3а, 3b показывают вторую схему сканирования (концепция шахматной доски) для SLM-метода изготовления;FIG. 3a, 3b show a second scanning scheme (checkerboard concept) for the SLM manufacturing method;
фиг. 4а-4с показывают две дополнительных схемы сканирования (с чередованием векторов сканирования под углом 63° между смежными слоями или под произвольными углами) для SLM-метода изготовления;FIG. 4a-4c show two additional scanning schemes (alternating scanning vectors at an angle of 63 ° between adjacent layers or at arbitrary angles) for the SLM manufacturing method;
фиг. 5 показывает типичную конфигурацию SLM-траектории, известную из прототипа;FIG. 5 shows a typical SLM trajectory configuration known from the prior art;
фиг. 6 показывает значения модуля Юнга при комнатной температуре и при температуре 750°С как испытательной температуре для двух различных схем сканирования на образцах, выполненных из сплава Hastelloy® X, измеренные в условиях «сразу после наращивания», иFIG. 6 shows Young's modulus values at room temperature and at 750 ° C. as a test temperature for two different scanning schemes on samples made of Hastelloy® X alloy, measured under “immediately after build-up” conditions, and
фиг. 7 показывает полученные в оптическом микроскопе микрофотографии жаропрочного сплава на основе Ni в протравленном состоянии, и ориентационные карты, выведенные из сканограмм дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD).FIG. 7 shows the optical microscope micrographs of a heat-resistant Ni-based alloy in the etched state and orientation maps derived from electron backscattering diffraction (EBSD) scans.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF DIFFERENT EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Как было описано выше в прототипе, одним характеристическим признаком технологии аддитивного изготовления на порошковой основе является высокая анизотропия свойств материала, обусловленная процессом послойного наращивания.As described above in the prototype, one characteristic feature of the technology of additive manufacturing on a powder basis is the high anisotropy of the properties of the material, due to the process of layer-by-layer building.
Оказалось, что механические свойства вдоль z-направления отличаются от свойств в х-y-плоскости, которая представляет собой плоскость порошка. Модуль Юнга вдоль z-направления (направление наращивания), как правило, является меньшим, чем модуль Юнга в х-y-плоскости. Это показано на фиг. 6 для образцов, изготовленных из сплава Hastelloy® X в условиях аддитивного изготовления по двум различным схемам сканирования, которые означают две различные картины сканирования и которые были испытаны при комнатной температуре RT и при температуре 750°С. Модуль Юнга был измерен в состоянии «сразу после наращивания». Вследствие изготовления изделия на основе порошка и изначально присущих высоких скоростей охлаждения при взаимодействии энергетического луча с материалом в этих процессах материал является очень однородным в отношении химического состава и, в принципе, не содержит ликваций. В дополнение материал в состоянии «сразу после наращивания» имеет очень тонкую микроструктуру (например, в плане выделившихся фаз и размера зерен), гораздо более тонкую сравнительно с традиционными литыми или коваными жаропрочными сплавами. При схеме I сканирования всегда достигался значительно более низкий модуль Юнга по сравнению с иной схемой М сканирования. Это справедливо как для первичной (z-направление), так и для вторичной ориентации (x-y-плоскость) и также для двух различных температур тестирования (комнатная температура RT и 750°С).It turned out that the mechanical properties along the z-direction are different from the properties in the x-y plane, which is the plane of the powder. Young's modulus along the z-direction (build-up direction), as a rule, is smaller than Young's modulus in the x-y-plane. This is shown in FIG. 6 for samples made of Hastelloy® X alloy under additive manufacturing conditions according to two different scanning patterns, which mean two different scanning patterns and which were tested at room temperature RT and at a temperature of 750 ° C. Young's modulus was measured in the state “immediately after building up”. Due to the manufacture of the product based on the powder and the initially inherent high cooling rates during the interaction of the energy beam with the material in these processes, the material is very uniform in terms of chemical composition and, in principle, does not contain segregations. In addition, the material in the “immediately after build-up” state has a very fine microstructure (for example, in terms of precipitated phases and grain size), much finer compared to traditional cast or forged heat-resistant alloys. With Scheme I scanning, a significantly lower Young's modulus was always achieved in comparison with another Scheme M scanning. This is true for both the primary (z-direction) and secondary orientation (x-y-plane) and also for two different test temperatures (RT and 750 ° C room temperature).
Является общеизвестным наблюдение роста столбчатых зерен по [001]-направлению. Однако подобная ориентационная зависимость также существует в x-y-плоскости. Было обнаружено, что для определенных настроек процесса можно контролировать [001]-рост в пределах вторичной плоскости (плоскости перемещения сканера).It is well known to observe the growth of columnar grains in the [001] direction. However, a similar orientation dependence also exists in the x-y plane. It was found that, for certain process settings, [001] -growth can be controlled within the secondary plane (scanner moving plane).
Согласно изобретению способ изготовления трехмерного металлического изделия/компонента включает стадии, на которыхAccording to the invention, a method of manufacturing a three-dimensional metal product / component includes the steps of
а) последовательно наращивают указанные изделие/компонент из металлического базового материала проведением сканирования энергетическим лучом, тем самымa) sequentially increase the specified product / component from a metal base material by scanning with an energy beam, thereby
b) создают контролируемую ориентацию зерен в первичном и во вторичном направлении изделия/компонента,b) create a controlled orientation of the grains in the primary and secondary direction of the product / component,
с) причем вторичная ориентация зерен достигается применением конкретной картины сканирования энергетическим лучом, которая согласуется с профилем сечения изделия/компонента или с условиями локальной нагрузки на изделие/компонент.c) moreover, the secondary orientation of the grains is achieved by applying a specific scanning pattern by the energy beam, which is consistent with the cross-sectional profile of the product / component or with the local load on the product / component.
Для настоящего изобретения является существенным, чтобы вторичная ориентация зерен согласовывалась с условиями характеристической нагрузки на компонент, например зависела от профиля сечения компонента.For the present invention, it is essential that the secondary orientation of the grains is consistent with the conditions of the characteristic load on the component, for example, depending on the cross-sectional profile of the component.
В одном варианте исполнения представленного способа активный контроль вторичной ориентации зерен достигается на стадии, в которой траектории перемещения сканера проводят попеременно параллельно (в первом слое) и перпендикулярно (в следующем слое) и так далее направлению компонента, для которого желательно наименьшее значение модуля Юнга.In one embodiment of the presented method, active control of the secondary orientation of the grains is achieved at the stage in which the scanner's trajectory is alternately parallel (in the first layer) and perpendicular (in the next layer) and so on to the direction of the component for which the smallest Young's modulus is desired.
Более конкретно указанная технология аддитивного изготовления представляет собой селективное лазерное плавление (SLM), селективное лазерное спекание (SLS) или электронно-лучевое плавление (EBM). Указанная технология аддитивного изготовления на порошковой основе может быть использована для выращивания такого изделия, как лопасть или лопатка газовой турбины, полностью или частично, например выращивания лопаточного венца. Изделие также могло бы быть вставкой или испытательным образцом, используемыми, например, для процессов ремонта всего компонента в целом.More specifically, said additive manufacturing technology is selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM). The specified technology of additive manufacturing on a powder basis can be used to grow such a product as a blade or blade of a gas turbine, in whole or in part, for example, growing a blade ring. The product could also be an insert or a test sample used, for example, for repair processes of the entire component as a whole.
Когда в качестве технологии аддитивного изготовления используют селективное лазерное плавление SLM, селективное лазерное спекание SLS или электронно-лучевое плавление EBM, способ согласно изобретению включает следующие стадии, на которых:When selective laser melting of SLM, selective laser sintering of SLS or electron beam melting of EBM is used as the additive manufacturing technology, the method according to the invention includes the following steps in which:
а) создают трехмерную модель указанного изделия с последующим процессом послойного разделения для расчета сечений;a) create a three-dimensional model of the specified product with the subsequent process of layer-by-layer separation for the calculation of sections;
b) после этого направляют указанные рассчитанные сечения в управляющее устройство (15);b) after that, the indicated calculated sections are sent to the control device (15);
с) обеспечивают порошок указанного базового материала, например на основе никеля (Ni), который необходим для процесса;c) provide a powder of the specified base material, for example, based on Nickel (Ni), which is necessary for the process;
d) готовят слой (12) порошка с постоянной и равномерной толщиной на пластинчатой подложке или на ранее обработанном порошковом слое;d) preparing a layer (12) of powder with a constant and uniform thickness on a plate substrate or on a previously treated powder layer;
е) выполняют плавление проведением сканирования энергетическим лучом (14) соответственно сечению указанных изделий согласно трехмерной модели, сохраняемой в управляющем устройстве (15);f) carry out the melting by scanning the energy beam (14) according to the cross section of these products according to the three-dimensional model stored in the control device (15);
f) понижают верхнюю поверхность предварительно сформированного сечения на толщину одного слоя (d);f) lowering the upper surface of the preformed section by the thickness of one layer (d);
g) повторяют указанные стадии от d) до f), пока не будет достигнуто последнее сечение согласно трехмерной модели; иg) repeat the indicated steps from d) to f) until the last section according to the three-dimensional model is reached; and
h) необязательно проводят термическую обработку указанного трехмерного изделия (11), в которой в стадии е) выполняют сканирование энергетическим лучом таким образом, чтобыh) optionally, a heat treatment of said three-dimensional article (11) is carried out, in which, in step e), an energy beam is scanned so that
- векторы сканирования были перпендикулярными либо между последовательными слоями, либо между каждым из определенных участков (островков) слоя, тем самым создавая конкретную желательную вторичную кристаллографическую ориентацию зерен, или- the scanning vectors were perpendicular either between successive layers or between each of certain sections (islands) of the layer, thereby creating a specific desired secondary crystallographic orientation of the grains, or
- векторы сканирования имели произвольно выбранные углы между последовательными слоями или между каждым из определенных участков (островков) слоя, тем самым без создания конкретной вторичной кристаллографической ориентации зерен.- scanning vectors had randomly selected angles between successive layers or between each of certain sections (islands) of the layer, thereby without creating a specific secondary crystallographic orientation of the grains.
Фиг. 7 показывает полученные в оптическом микроскопе микрофотографии жаропрочного сплава на основе Ni в протравленном состоянии, и ориентационные карты, выведенные из сканограмм дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD). В дополнение предпочтительная кристаллическая ориентация, полученная методом EBSD, представленная в виде полюсных фигур (001) и как обратные полюсные фигуры, показана в отношении направления «z» наращивания. Все ориентационные карты окрашены с использованием цветового ключа стандартной обратной полюсной фигуры (IPF) в отношении направления «z» наращивания. Можно видеть, что зерна не только показывают предпочтительную ориентацию вдоль z-оси, но и в пределах x-y-плоскости. Кроме того, вторичная кристаллографическая ориентация зерен соответствует применяемому перемещению лазера (например, 45° внутри x-y-плоскости).FIG. 7 shows the optical microscope micrographs of a heat-resistant Ni-based alloy in the etched state and orientation maps derived from electron backscattering diffraction (EBSD) scans. In addition, a preferred crystal orientation obtained by the EBSD method, presented as (001) pole figures and as inverse pole figures, is shown with respect to the “z” direction of growth. All orientation cards are colored using the color key of the standard reverse pole figure (IPF) for the “z” direction of the extension. It can be seen that the grains not only show a preferred orientation along the z-axis, but also within the x-y-plane. In addition, the secondary crystallographic orientation of the grains corresponds to the applied laser displacement (for example, 45 ° inside the x-y plane).
При таком специализированном SLM-методе наращивания могут быть получены компоненты, например лопатка газовой турбины, которые имеют оптимизированные механические свойства во многих высоконагруженных областях. Для этой цели направления с наименьшими значениями модуля Юнга согласованы с условиями нагрузки на лопатку.With this specialized SLM building method, components can be obtained, for example a gas turbine blade, which have optimized mechanical properties in many highly loaded areas. For this purpose, the directions with the lowest values of Young's modulus are consistent with the conditions of the load on the blade.
Существенно, что не только первичная, но также вторичная кристаллографическая ориентация зерен благоприятно согласуется с предполагаемой конфигурацией компонента, приводя к более продолжительному сроку службы при эксплуатации.It is significant that not only the primary, but also the secondary crystallographic orientation of the grains is in good agreement with the expected configuration of the component, leading to a longer service life during operation.
Активный контроль вторичной ориентации зерен достигается проведением траекторий перемещения сканера параллельно и перпендикулярно направлению компонента, где желательно наименьшее значение модуля Юнга. Угловое изменение направления траектории сканирования в различных слоях всегда должно составлять 90° или величину, кратную этому значению (смотри фиг. 2а, 2b).Active control of the secondary orientation of the grains is achieved by carrying out the trajectories of the scanner in parallel and perpendicular to the direction of the component, where the smallest value of Young's modulus is desired. The angular change in the direction of the scanning path in different layers should always be 90 ° or a multiple of this value (see Fig. 2a, 2b).
Изобретение относится к тому обнаруженному факту, что вторичная кристаллографическая ориентация устанавливается с использованием векторов сканирования, которые перпендикулярны между каждым из слоев или между каждым из определенных участков (островков) слоя.The invention relates to the fact that a secondary crystallographic orientation is established using scan vectors that are perpendicular between each of the layers or between each of the specific sections (islands) of the layer.
Также можно избавиться от предпочтительной вторичной ориентации (достигнуть невыраженной вторичной ориентации) с использованием векторов сканирования, которые параллельны в пределах каждого островка слоя и повернуты, например, на угол 63° в каждом последующем слое (смотри фиг. 4а, 4b), или с применением произвольных углов (смотри фиг. 4с, 4d), чтобы варьировать направление сканирования внутри каждого островка и каждого слоя. Оптимальная картина сканирования для невыраженной вторичной ориентации составляет 63°/хх°.You can also get rid of your preferred secondary orientation (achieve unexpressed secondary orientation) using scan vectors that are parallel within each island of the layer and rotated, for example, at an angle of 63 ° in each subsequent layer (see Fig. 4a, 4b), or using arbitrary angles (see Figs. 4c, 4d) to vary the scanning direction within each island and each layer. The optimal scan pattern for unexpressed secondary orientation is 63 ° / xx °.
Важным аспектом настоящего изобретения является тот факт, что предпочтительные микроструктуры не должны быть сформированы во всем объеме компонента в целом. Вместо этого согласование может быть применено или исключено произвольным образом для различных зон, в зависимости от требований локальной механической целостности (MI). Это является преимуществом по сравнению с литьем по выплавляемым моделям или E-LMF, где контроль микроструктуры утрачивается, как только условия эпитаксильного роста уже более не имеют места, и происходит рост равноосных зерен.An important aspect of the present invention is the fact that preferred microstructures should not be formed in the entire volume of the component as a whole. Instead, matching can be applied or excluded arbitrarily for different zones, depending on local mechanical integrity (MI) requirements. This is an advantage over Lost wax casting or E-LMF, where microstructure control is lost as soon as the conditions for epitaxial growth no longer exist and equiaxed grains grow.
Предпочтительно гранулометрический состав порошка, используемого в этих SLM-, SLS- или EBM-процессах, корректируют сообразно толщине слоя «d» для придания хорошей текучести, которая требуется для получения порошковых слоев с постоянной и равномерной толщиной «d».Preferably, the particle size distribution of the powder used in these SLM, SLS, or EBM processes is adjusted according to the thickness of the layer “d” to impart the good flowability required to obtain powder layers with a constant and uniform thickness “d”.
Предпочтительно зерна порошка в порошке, используемом в этом способе, имеют сферическую форму. Порошок с точным гранулометрическим составом может быть получен просеиванием и/или с помощью веялки (воздушной сепарацией). Кроме того, порошок может быть получен с помощью газового или водяного распыления, технологического процесса с вращением электрода в плазме, механическим размалыванием и подобными способами порошковой металлургии.Preferably, the grains of the powder in the powder used in this method have a spherical shape. A powder with an accurate particle size distribution can be obtained by sieving and / or using a fan (air separation). In addition, the powder can be obtained using gas or water spraying, a technological process with the rotation of the electrode in the plasma, mechanical grinding and similar methods of powder metallurgy.
В других случаях вместо порошка может быть применена суспензия.In other cases, a suspension may be used instead of the powder.
Когда указанный высокотемпературный материал представляет собой сплав на основе никеля (Ni), могут быть использованы многочисленные, имеющиеся в продаже на рынке сплавы, такие как Waspaloy®, Hastelloy® X, IN617®, IN718®, IN625®, Mar-M247®, IN100®, IN738®, IN792®, Mar-M200®, B1900®, RENE 80®, Alloy 713®, Haynes 230®, Haynes 282®, или прочие разновидности.When the specified high temperature material is a nickel (Ni) alloy, numerous commercially available alloys such as Waspaloy®, Hastelloy® X, IN617®, IN718®, IN625®, Mar-M247®, IN100 can be used ®, IN738®, IN792®, Mar-M200®, B1900®,
Когда указанный высокотемпературный материал представляет собой сплав на основе кобальта (Со), могут быть использованы многочисленные, имеющиеся в продаже на рынке сплавы, такие как FSX 414®, X-40®, X-45®, MAR-M 509® или MAR-M 302®.When said high temperature material is a cobalt (Co) alloy, numerous commercially available alloys such as FSX 414®, X-40®, X-45®, MAR-M 509® or MAR- can be used M 302®.
Когда указанный высокотемпературный материал представляет собой сплав на основе железа (Fe), могут быть использованы многочисленные, имеющиеся в продаже на рынке сплавы, такие как A 286®, Alloy 800 H®, N 155®, S 590®, Alloy 802®, Incoloy MA 956®, Incoloy MA 957® или PM 2000®.When said high temperature material is an iron (Fe) alloy, numerous commercially available alloys such as A 286®, Alloy 800 H®, N 155®, S 590®, Alloy 802®, Incoloy can be used MA 956®, Incoloy MA 957® or PM 2000®.
В частности, эти сплавы могут содержать тонкодисперсные оксиды, такие как Y2O3, Al2O3, ThO2, HfO2, ZrO2.In particular, these alloys may contain finely divided oxides such as Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , ThO 2 , HfO 2 , ZrO 2 .
В одном предпочтительном варианте исполнения компонент, изготовленный способом согласно изобретению, представляет собой лопасть или лопатку турбомашины. Лопасть/лопатка представляет собой деталь с аэродинамическим профилем. Регулирование ориентации зерен согласуется с аэродинамическим профилем, и регулирование вторичной ориентации зерен постепенно и непрерывно приспосабливается к форме аэродинамической поверхности. Это будет вести к очень хорошим механическим и усталостным характеристикам.In one preferred embodiment, the component made by the method according to the invention is a blade or blade of a turbomachine. The blade / blade is a part with an aerodynamic profile. Regulation of the grain orientation is consistent with the aerodynamic profile, and the regulation of the secondary grain orientation gradually and continuously adapts to the shape of the aerodynamic surface. This will lead to very good mechanical and fatigue characteristics.
Механическое испытание и оценка микроструктуры показали, что образцы, выращенные SLM-способом или другим способом аддитивного изготовления, имеют характеристики высокой анизотропии. Путем сканирования и управления энергетическим лучом таким образом, что вторичная кристаллографическая ориентация зерен согласуется с предполагаемой конфигурацией компонента (согласование с условиями характеристической нагрузки), могут быть получены компоненты, которые имеют оптимизированные механические свойства в наиболее тяжело нагруженных областях. Для этой цели направления с наименьшими значениями модуля Юнга согласованы с условиями нагрузки на компонент.Mechanical testing and evaluation of the microstructure showed that samples grown by the SLM method or other additive manufacturing method have high anisotropy characteristics. By scanning and controlling the energy beam in such a way that the secondary crystallographic orientation of the grains is consistent with the intended configuration of the component (matching with the conditions of the characteristic load), components that have optimized mechanical properties in the most heavily loaded areas can be obtained. For this purpose, the directions with the lowest values of Young's modulus are consistent with the load conditions on the component.
СПИСОК ПОЗИЦИЙLIST OF POSITIONS
10 SLM-конфигурация10 SLM configuration
11 Изделие (трехмерное, 3D), компонент11 Product (three-dimensional, 3D), component
12 Порошковый слой12 powder layer
13 Лазерное устройство13 Laser device
14 Лазерный луч14 Laser beam
15 Управляющее устройство15 Control device
d Толщина слоя (порошкового слоя)d Layer thickness (powder layer)
Claims (12)
a) последовательно наращивают указанную деталь (11) из металлического базового материала (12) с помощью процесса аддитивного изготовления путем сканирования энергетического луча (14), при этом
b) создают контролируемую ориентацию зерен в направлении Z, перпендикулярном плоскости X-Y детали (11), и направлении в плоскости X-Y детали (11),
c) причем ориентацию зерен в плоскости X-Y детали создают путем сканирования энергетического луча (14) в соответствии с профилем ее сечения или условиями локальной нагрузки на деталь (11), при этом регулирование ориентации зерен в плоскости X-Y детали достигается проведением траекторий движения сканера в последовательных слоях попеременно, параллельно и перпендикулярно направлению, соответствующему наименьшему значению модуля Юнга в детали (1).1. A method of manufacturing a three-dimensional metal part (11), including the stage at which
a) sequentially increase the specified part (11) of the metal base material (12) using the additive manufacturing process by scanning the energy beam (14), while
b) create a controlled orientation of the grains in the Z direction perpendicular to the XY plane of the part (11), and the direction in the XY plane of the part (11),
c) moreover, the orientation of the grains in the XY plane of the part is created by scanning the energy beam (14) in accordance with the profile of its cross-section or the conditions of local load on the part (11), while controlling the orientation of the grains in the XY plane of the part is achieved by conducting scanner motion paths in successive layers alternately, parallel and perpendicular to the direction corresponding to the smallest value of Young's modulus in the part (1).
а) создают трехмерную модель указанной детали с последующим процессом послойного разделения для расчета сечений;
b) после этого направляют указанные рассчитанные сечения в управляющее устройство (15);
c) обеспечивают порошок указанного базового материала, который необходим для процесса;
d) получают слой (12) порошка с постоянной и равномерной толщиной на пластинчатой подложке или на ранее обработанном порошковом слое;
e) выполняют плавление проведением сканирования энергетического луча (14) на участке, соответствующем сечению указанной детали согласно трехмерной модели, сохраняемой в управляющем устройстве (15);
f) понижают верхнюю поверхность предварительно сформированного сечения на толщину одного слоя (d);
g) повторяют указанные стадии от с) до f), пока не будет достигнуто последнее сечение согласно трехмерной модели; и
h) проводят термическую обработку указанной трехмерной детали (11), причем на стадиях е) выполняют сканирование энергетического луча (14) таким образом, чтобы векторы сканирования были перпендикулярными между последовательными слоями или между каждым из определенных участков слоя с созданием конкретной кристаллографической ориентации зерен в плоскости X-Y детали.2. The method according to p. 1, characterized in that the additive manufacturing is one of selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS) or electron beam melting (EBM) using a metal base material in the form of a powder, wherein additive manufacturing includes stages in which:
a) create a three-dimensional model of the specified part with the subsequent process of layer-by-layer separation for the calculation of sections;
b) after that, the indicated calculated sections are sent to the control device (15);
c) provide the powder of the specified base material, which is necessary for the process;
d) obtain a layer (12) of powder with a constant and uniform thickness on a plate substrate or on a previously treated powder layer;
e) carry out the melting by scanning the energy beam (14) in the area corresponding to the cross section of the specified parts according to the three-dimensional model stored in the control device (15);
f) lowering the upper surface of the preformed section by the thickness of one layer (d);
g) repeat the indicated steps c) to f) until the last section according to the three-dimensional model is reached; and
h) conduct heat treatment of the specified three-dimensional part (11), and in stages e) scan the energy beam (14) so that the scan vectors are perpendicular between successive layers or between each of certain sections of the layer with the creation of a specific crystallographic orientation of the grains in the plane XY details.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP12008074.2A EP2737965A1 (en) | 2012-12-01 | 2012-12-01 | Method for manufacturing a metallic component by additive laser manufacturing |
| EP12008074.2 | 2012-12-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013151901A RU2013151901A (en) | 2015-05-27 |
| RU2574536C2 true RU2574536C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674685C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method for producing parts from heat-resistant nickel alloys, including technology of selective laser alloys and heat treatment |
| RU2690875C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method of pocketing tool manufacturing within cutting tool |
| RU193473U1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" | Installation for additive manufacturing of three-dimensional products |
| RU2739745C2 (en) * | 2016-09-08 | 2020-12-28 | Сафран | Method of making part from electrically conductive material by means of additive manufacturing |
| RU2746913C1 (en) * | 2017-10-27 | 2021-04-22 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method for modification of components using additive production |
| RU2765420C2 (en) * | 2017-05-19 | 2022-01-31 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for making blade of aviation gas turbine engine by means of additive manufacturing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155324A (en) * | 1986-10-17 | 1992-10-13 | Deckard Carl R | Method for selective laser sintering with layerwise cross-scanning |
| GB2378150A (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-05 | Dtm Corp | Fabricating a three-dimensional article from powder |
| RU2228243C2 (en) * | 1998-06-30 | 2004-05-10 | Джиоти МАЗУМДЕР | Method and apparatus for laser surfacing |
| RU2321678C2 (en) * | 2002-08-28 | 2008-04-10 | Зе Пи.Оу.эМ. Груп | Method for forming metallic portion on metallic substrate by depositing layers one on other (variants) |
| WO2008116518A1 (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and device for the production of a three-dimensional object |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155324A (en) * | 1986-10-17 | 1992-10-13 | Deckard Carl R | Method for selective laser sintering with layerwise cross-scanning |
| RU2228243C2 (en) * | 1998-06-30 | 2004-05-10 | Джиоти МАЗУМДЕР | Method and apparatus for laser surfacing |
| GB2378150A (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-05 | Dtm Corp | Fabricating a three-dimensional article from powder |
| RU2321678C2 (en) * | 2002-08-28 | 2008-04-10 | Зе Пи.Оу.эМ. Груп | Method for forming metallic portion on metallic substrate by depositing layers one on other (variants) |
| WO2008116518A1 (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and device for the production of a three-dimensional object |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2739745C2 (en) * | 2016-09-08 | 2020-12-28 | Сафран | Method of making part from electrically conductive material by means of additive manufacturing |
| RU2765420C2 (en) * | 2017-05-19 | 2022-01-31 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for making blade of aviation gas turbine engine by means of additive manufacturing |
| RU2746913C1 (en) * | 2017-10-27 | 2021-04-22 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method for modification of components using additive production |
| RU2690875C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method of pocketing tool manufacturing within cutting tool |
| RU2674685C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method for producing parts from heat-resistant nickel alloys, including technology of selective laser alloys and heat treatment |
| RU193473U1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" | Installation for additive manufacturing of three-dimensional products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2590431C2 (en) | Method of producing hybrid component | |
| JP5933512B2 (en) | Method of manufacturing metal parts by laser additive manufacturing method | |
| RU2566117C2 (en) | Production of 3d body | |
| Montero-Sistiaga et al. | Microstructure evolution of 316L produced by HP-SLM (high power selective laser melting) | |
| CN103088275B (en) | Method for producing a superalloy component or fitting | |
| CN104511589B (en) | For the method for manufacturing to manufacture metal parts by addition property laser | |
| JP5330656B2 (en) | Mass production of 3D products made of intermetallic compounds | |
| RU2562722C1 (en) | Method of production of articles with complex shape out of powder systems | |
| US10875124B2 (en) | Method, use and apparatus for producing a single-crystalline work piece | |
| RU2574536C2 (en) | Production of metal component by additive laser process | |
| Basak | Advanced powder bed fusion-based additive manufacturing with turbine engine hot-section alloys through scanning laser epitaxy | |
| Kumara | Microstructure Modelling of Additive Manufacturing of Alloy 718 | |
| Nerush et al. | Selective Laser Melting Of Nickel Base Heat Resistance Alloy EP648 | |
| Kittel et al. | Advanced method for manufacturing hybrid nickel based components by combining single crystal (SX) subcomponents with polycrystalline (PX) structures generated by laser metal deposition (LMD) |