RU2600647C2 - Method of producing three-dimensional ceramic articles - Google Patents

Method of producing three-dimensional ceramic articles Download PDF

Info

Publication number
RU2600647C2
RU2600647C2 RU2015102650/05A RU2015102650A RU2600647C2 RU 2600647 C2 RU2600647 C2 RU 2600647C2 RU 2015102650/05 A RU2015102650/05 A RU 2015102650/05A RU 2015102650 A RU2015102650 A RU 2015102650A RU 2600647 C2 RU2600647 C2 RU 2600647C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
thermoplastic
nozzle
producing
method
Prior art date
Application number
RU2015102650/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015102650A (en
Inventor
Владимир Афанасьевич Архипов
Владимир Васильевич Промахов
Илья Александрович Жуков
Александр Степанович Жуков
Сергей Александрович Ворожцов
Александр Борисович Ворожцов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-М"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-М" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-М"
Priority to RU2015102650/05A priority Critical patent/RU2600647C2/en
Publication of RU2015102650A publication Critical patent/RU2015102650A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600647C2 publication Critical patent/RU2600647C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/227Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by organic binder assisted extrusion

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly to method of producing three-dimensional ceramic articles. Technical result is achieved by method of producing three-dimensional ceramic articles, including applying layers of hardening material through nozzle in moving head. Material used is thermoplastic suspension, preheated to temperature in the range of 70-90 °C. Thermoplastic suspension used is a mixture of powdered aluminium oxide with thermoplastic binder - paraffin and wax. Supply of heated thermoplastic suspension is carried out through conical confuser nozzle with solution semi-angle θ=15° under pressure. At that, fast cooling layers of hardening material is implemented, obtained workpiece is annealed at temperature of 1,000-1,200 °C for not less than 1 hour, then, sintering at temperature of 1,700-1,800 °C is carried out with isothermal holding for not less than 1 hour.
EFFECT: higher process efficiency of manufacturing process and wider range of products.
1 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения керамических образцов с заданной трехмерной структурой, и может быть использовано для получения отдельных деталей и изделий в целом из оксида алюминия, которые могут применяться в ракетной технике, теплоэнергетике, медицине, машиностроении и металлургии. The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods of making ceramic samples with a predetermined three-dimensional structure, and can be used for producing the individual parts and products in general of aluminum oxide which can be used in rocket engineering, thermal power engineering, medicine, engineering and metallurgy.

Известны способы получения керамических изделий путем подачи расплавленного шликера под давлением в металлические формы [1-3]. Known methods of preparing ceramic articles by feeding a molten slurry under pressure into the metal molds [1-3]. Однако данные способы могут использоваться только для получения однородных по объему структур и характеризуются трудоемкостью процесса как с точки зрения сборки и разборки форм, так и с точки зрения последующей доводки изделия, поскольку приходится обрабатывать область литника. However, these methods can only be used to get homogeneous in terms of structures and are characterized by labor-intensive process, in terms of both assembly and disassembly of forms, and from the viewpoint of the subsequent finishing of the product, since it is necessary to process the gate region.

Известен способ получения деталей с заданной пространственной структурой методом 3D печати, включающий подачу материала в виде гибкого прутка, изготовленного из различных полимерных материалов с последующим его расплавлением в печатающей головке [4]. A method of producing parts with a predetermined spatial structure of the 3D printing method comprising supplying the material in the form of a flexible rod made of different polymer materials, followed by melting it in the printhead [4].

Известен способ создания трехмерной модели путем селективного лазерного спекания. It discloses a method for creating a three-dimensional model by selective laser sintering. Согласно данному способу лазерный луч послойно спекает заданный объем материала, в качестве которого используется жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель. According to this method the laser beam sinters layers a predetermined volume of material which is used as the liquid photopolymer in which a special reagent is added hardener. Состав полимеризуется и становится твердым под воздействием ультрафиолетового лазера [5]. The composition polymerizes and hardens when exposed to UV laser [5].

Однако данные способы не позволяют получать изделия из керамики, отличающейся высокой температурой плавления, высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и термостойкостью. However, these methods do not allow to obtain ceramic products, different high melting point, high strength, hardness, wear resistance and heat resistance.

Наиболее близким по техническому решению к заявленному изобретению является способ, основанный на устройстве [6], которое включает подвижную головку, перемещающуюся по трем осям по заданной схеме, снабженную системой подачи материала, который затвердевает при заданной температуре. The closest in technical decision to the claimed invention is a method based on the device [6], which includes a movable head, movable along three axes in a predetermined pattern, provided with a material supply system, which hardens at a predetermined temperature. Трехмерные объекты могут быть получены путем нанесения повторных слоев. Three-dimensional objects can be prepared by depositing repeated layers. Каждый последующий слой, формируемый кончиком дозирующей головки, расположен выше предыдущего слоя на определенную и контролируемую высоту, на которую перемещается дозирующая головка. Each subsequent layer is formed by the tip of the dispensing head, is positioned above the preceding layer to a specific and controlled height to which the dispensing head is moved. В данном случае в качестве материала для получения изделий используются различные полимерные материалы, предварительно сформированные в виде гибкого прутка. In this case, as a material for producing articles using various polymeric materials preformed in the form of a flexible rod.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения трехмерных керамических изделий, обеспечивающего повышение технологичности процесса изготовления деталей из керамики и расширение номенклатуры изделий за счет возможности получения сложных 3D структур. The technical result of the present invention is to provide a method for producing three-dimensional ceramic products, providing increasing manufacturability of parts from ceramics expansion process and product range due to the possibility of obtaining complex 3D structures.

Для достижения указанного технического результата предложен способ получения трехмерных керамических изделий, включающий последовательное нанесение слоев затвердевающего материала через сопло в подвижной головке. To achieve said technical result, a method for producing three-dimensional ceramic products, comprising the sequential application of layers of solidifying material through a nozzle in the moving head. При этом что в качестве материала используют термопластичную суспензию, предварительно нагретую до температуры (70÷90)°C. In this case in that the thermoplastic material is a slurry preheated to a temperature (70 ÷ 90) ° C. В качестве термопластичной суспензии используют смесь порошков оксида алюминия с термопластичной связкой - парафин и воск, при этом реализуют быстрое охлаждение слоев затвердевающего материала, полученную заготовку отжигают при температуре (1000÷1200)°C в течение не менее 1 часа, затем проводят спекание заготовки при температуре (1700÷1800)°C с изотермической выдержкой в течение не менее 1 часа, а подачу нагретой термопластичной суспензии осуществляют через коническое конфузорное сопло с полууглом раствора θ=15° под давлением, которое определяют As the thermoplastic slurry a mixture of alumina powder with a thermoplastic binder - paraffin and wax, thus realize the rapid cooling layers of solidifying material, the resulting billet is annealed at a temperature (1000 ÷ 1200) ° C for at least 1 hour, then carried sintering the preform at temperature (1700 ÷ 1800) ° C with isothermal exposure for at least 1 hour, and supplying a heated thermoplastic slurry is carried through a nozzle with a conical half-angle confuser solution θ = 15 ° at a pressure which is determined в соответствии с соотношением in accordance with the relation

Figure 00000001
, .

где Δp(t) - давление подачи, Па; where Δp (t) - supply pressure Pa;

G(t) - требуемый расход термопластичной суспензии, кг/с; G (t) - required flow thermoplastic slurry, kg / s;

ρ - плотность суспензии, кг/м 3 ; ρ - density of the slurry, kg / m3;

S кр - площадь минимального сечения сопла, м 2 ; S cr - minimum nozzle throat area, m 2;

φ - безразмерный коэффициент расхода сопла. φ - dimensionless nozzle flow coefficient.

Полученный положительный эффект изобретения - способ получения трехмерных керамических изделий, обеспечивающий повышение технологичности процесса изготовления деталей из керамики и расширение номенклатуры изделий за счет возможности получения сложных 3D структур, обусловлен следующими факторами: The resulting positive effect of the invention - a method for producing three-dimensional ceramic products, providing increasing manufacturability of parts from ceramics expansion process and product range by allowing the obtaining of complex 3D structures, due to the following factors:

1. Предварительный нагрев термопластичной суспензии до температуры в диапазоне (70÷90)°C позволяет получать оптимальные реологические свойства материала. 1. Preheating the thermoplastic slurry to a temperature in the range of (70 ÷ 90) ° C allows to obtain optimum rheological properties of the material. Выбор диапазона рабочей температуры в области (70÷90)°C обусловлен результатами анализа зависимости вязкости от температуры для разных термопластичных суспензий (фиг. 1) [7, 8]. Selection of the operating temperature in the range of (70 ÷ 90) ° C is due to the analysis results of viscosity versus temperature for various thermoplastic suspensions (Fig. 1) [7, 8]. При аппроксимации экспериментальных зависимостей на фиг. When approximating the experimental curves in FIG. 1 можно выделить 2 участка. 1 can distinguish two portion. Первый участок соответствует интенсивному уменьшению значений вязкости при увеличении температуры, на втором участке вид зависимости приближается к асимптотической. The first portion corresponds to the intensity values ​​decrease in viscosity with increasing temperature, the second section view according to the asymptotic approaches. При t<70°C невозможно обеспечить контролируемый расход суспензии, поскольку при незначительном изменении температуры (например, за счет флуктуации) вязкость суспензии резко изменяется, что приводит к изменению φ и при заданном давлении Δp реализуется большой разброс по расходу. When t <70 ° C can not provide a controlled slurry flow as a slight change in temperature (e.g., due to fluctuations) viscosity of the suspension changes abruptly, which leads to a change in φ and at a predetermined pressure Δp realized large variation in flow rate. Верхняя граница (90°C) выбрана из следующих соображений: The upper limit (90 ° C) chosen from the following considerations:

а) слабая зависимость µ(t), а следовательно, и φ(t), что обеспечивает стабильность заданного расхода G(t); a) weak dependence of μ (t), and hence φ (t), which ensures the stability of a predetermined flow rate G (t);

б) дальнейшее повышение температуры обеспечивает большую стабильность, однако с ростом t возрастают энергетические затраты на нагрев, а также возможно самовоспламенение связки, что нарушает технологический режим. b) a further increase in temperature provides greater stability, but with increasing t increasing energy costs for heating and self-ignition is possible ligament that gives technological regime.

2. Использование в качестве основного материала порошков оксида алюминия позволяет получать износостойкие, термостойкие и жаропрочные детали и изделия, которые могут применяться в ракетной технике, теплоэнергетике, медицине, машиностроении и металлургии. 2. Using as a base material of alumina powders allows to obtain wear-resistant, heat-resistant and heat-resistant parts and articles that can be used in rocket engineering, thermal power engineering, medicine, engineering and metallurgy.

3. В подавляющем большинстве случаев к прочностным свойствам керамических деталей предъявляются высокие требования. 3. In most cases, the strength properties of ceramic parts to meet high requirements. Достижение высокой прочности возможно при отсутствии в деталях дефектов в виде пор. Achieving high strength possible in the absence of defects in the items in the form of pores. Для этого необходимо на стадии получения термопластичной суспензии обеспечить максимальный коэффициент упаковки частиц используемых порошков. To do this, the step of obtaining a thermoplastic suspension to provide maximum particle packing factor of powders used. Согласно [8] максимальный коэффициент упаковки в вязких суспензиях достигается в том случае, если между частицами твердой фазы будут жидкие прослойки минимальной толщины. According to [8], the maximum packing factor of viscous suspensions is achieved if the liquid layer will be of minimum thickness between the particles of the solid phase. Для этого в качестве пластификатора должны применяться легкоплавкие вещества с малой вязкостью в расплавленном состоянии, которые хорошо смачивают поверхность твердой фазы. For this purpose, as a plasticizer fusible substance to be applied with a low viscosity in the molten state, are well wetted surface of the solid phase. Поскольку применяемые порошки, как правило, полярны, в качестве основного компонента связки термопластичной суспензии должны применяться неполярные вещества. Since the powders used, usually polar, as a main component a thermoplastic binder slurry to be applied nonpolar substance. Кроме того, связка должна придавать прочность полуфабрикатам, обладать малой объемной усадкой и быть нетоксичной. In addition, the bundle strength should give semifinished products, have small volume shrinkage and be nontoxic. Этим требованиям лучше всего удовлетворяет парафин, а воск применяется для повышения текучести. These requirements are best met by the wax and the wax is used to improve the yield.

4. Быстрое охлаждение суспензии при выходе из сопла, например, с использованием системы подачи сжатого воздуха к месту инжектирования термопластичной суспензии обеспечивает ее быстрое охлаждение до температуры ниже 30°C, что приводит к кристаллизации и исключает деформацию геометрии детали в процессе печати. 4. Rapid cooling of the slurry at the outlet of the nozzle, for example, using a supply of compressed air to the injection point of the thermoplastic suspension system provides its rapid cooling to a temperature below 30 ° C, resulting in the crystallization and prevents the deformation of the geometry of the items in the printing process.

5. Выбор диапазона температур, при которых необходимо проводить удаление технологической связки ((1000÷1200)°C), обусловлен тем, что при отжиге ниже 1000°C не достигается нужная прочность полуфабриката, а при термообработке при температуре более 1200°C происходит припекание засыпки, в которой проводят предварительное спекание [7, 8]. 5. Selecting the temperature range at which it is necessary to carry out the removal process ligament ((1000 ÷ 1200) ° C), due to the fact that during the annealing below 1000 ° C is not attained the desired intermediate product strength, and when heat treated at a temperature over 1200 ° C sintering occurs filling in which is carried presintering [7, 8].

6. Выбор диапазона температур, при которых необходимо проводить высокотемпературное спекание ((1700÷1800)°C), обусловлен тем, что в таком режиме обеспечивается получение деталей с минимальной пористостью и высокими прочностными свойствами [7, 8]. 6. Selection of the temperature range in which high temperature sintering should be carried out ((1700 ÷ 1800) ° C), due to the fact that in this mode, there is provided a parts with minimal porosity and high strength properties [7, 8].

7. Массовый секундный расход жидкости через сужающее устройство (сопло) определяется следующим соотношением [9]: 7. The mass flow rate through the second narrowing device (nozzle) is determined by the following equation [9]:

Figure 00000002

где G - расход жидкости, кг/с; where G - fluid flow, kg / s;

φ - безразмерный коэффициент расхода; φ - dimensionless flow factor;

S кр - площадь минимального сечения сопла, м 2 ; S cr - minimum nozzle throat area, m 2;

ρ - плотность жидкости, кг/м 3 ; ρ - fluid density, kg / m 3;

Δp=p o -p a - перепад давления на сужающем устройстве, Па; Δp = p o -p a - pressure difference across the narrowing device, Pa;

p o - давление подачи жидкости, Па; p o - fluid supply pressure Pa;

р a - давление среды, в которую истекает жидкость, Па. p a - the pressure of the medium into which the liquid expires, Pa.

Коэффициент расхода φ, входящий в соотношение (1), зависит от конструкции сопла и режима истечения и определяется, как правило, экспериментально (путем градуировки конкретного сопла). Flow coefficient φ, belongs to the relation (1), it depends on the design of the nozzle and the expiration mode and is usually determined experimentally (by specific calibration nozzle).

Термопластичная суспензия, подаваемая через сопло, является вязкой жидкостью (коэффициент динамической вязкости на 3-4 порядка выше, чем у воды). Thermoplastic suspension supplied through the nozzle, a viscous liquid (the dynamic viscosity of 3-4 orders of magnitude higher than that of water). Для вязких жидкостей режим истечения определяется числом Рейнольдса [9]: For viscous liquids expiry mode is determined by the Reynolds number [9]:

Figure 00000003

где U - скорость истечения жидкости из сопла, м/с; where U - liquid outflow rate from the nozzle, m / sec;

D кр - диаметр минимального сечения сопла, м; Cr D - diameter of the minimum section of the nozzle, m;

µ - коэффициент динамической вязкости, Па·с. μ - dynamic viscosity, Pa.s.

Таким образом, коэффициент расхода конкретного сопла φ зависит от числа Рейнольдса и, следовательно, от входящих в него параметров ρ, U, D кр , µ. Thus, the particular nozzle flow coefficient φ depends on the Reynolds number and thus on its constituent parameters ρ, U, D cr, μ. При D кр =const, ρ=const число Рейнольдса зависит от вязкости жидкости и скорости ее истечения через сопло. When D cr = const, ρ = const Reynolds number depends on the fluid viscosity and the rate of its expiration through the nozzle. Для контролируемого расхода суспензии необходимо обеспечить постоянное значение коэффициента расхода. For controlled slurry flow rate is necessary to ensure constant flow rate.

В [9] показано, что постоянство коэффициента расхода в широком диапазоне чисел Рейнольдса (Re=10 2 ÷10 5 ) и, следовательно, расход обеспечивает конструкция сужающего устройства в виде конфузорного конического сопла с полууглом раствора θ=15°. In [9] it is shown that the coefficient of discharge consistency in a wide range of Reynolds numbers (Re = February 10 ÷ 10 5) and, therefore, provides a design flow orifice as a confuser conical half-angle of the nozzle with a solution of θ = 15 °.

Таким образом, для подачи суспензии предлагается использовать коническое сопло с θ=15°. Thus, the slurry feed is suggested to use a conical nozzle with θ = 15 °. Требуемое давление подачи суспензии следует из соотношения (1): The required feed pressure of the slurry should relation (1):

Figure 00000004

в котором коэффициент расхода φ определяют экспериментально для конкретной суспензии и конкретного диапазона температур ее нагрева (от которой зависит вязкость суспензии). wherein the flow coefficient φ is determined experimentally for the particular suspension and its specific heating temperature range (from which the viscosity of the slurry depends).

Пример реализации способа. Example of the method.

Сущность изобретения поясняется на фиг. The invention is illustrated in FIG. 2, где схематично изображено устройство для формирования керамических полуфабрикатов заданной геометрии. 2 schematically shows a device for forming ceramic semifinished predetermined geometry. Устройство состоит из электронного управляющего блока с установленным программным обеспечением в виде CAD/CAM пакетов - 10, который контролирует перемещение платформы 7 по заданной схеме и работу редуктора 2 для регулировки давления в системе подачи воздуха из компрессора 1. Таким образом, редуктор 2 и задвижка 8 обеспечивают контроль давления в системе подачи термопластичной суспензии по тракту трубопровода и тем самым определяют расход материала в каждой точке. The apparatus consists of an electronic control unit with a software installed in a CAD / CAM packages - 10, which controls the movement of the platform 7 in a predetermined pattern, and the work gear 2 for adjusting the pressure in the air supply from the compressor 1. Thus, the reduction gear 2 and the valve 8 provide a pressure control system for supplying thermoplastic slurry pipeline path and thus determine the amount of material at each point. Герметичная емкость 3, предназначенная для разогрева термопластичной суспензии до заданной температуры, снабжена манометром для контроля давления, нагревательными элементами и мешалкой, которая приводится в движение электродвигателем 4, фиг. The sealed container 3 intended for heating the thermoplastic suspension to predetermined temperature, is provided with a pressure gauge for pressure monitoring, heating elements and an agitator which is driven by a motor 4, FIG. 3. Перемешивание расплавленной в емкости 3 термопластичной суспензии необходимо во избежание расслоения. 3. Stirring the molten thermoplastic in the vessel 3 the suspension is necessary to prevent separation.

Устройство работает следующим образом. The apparatus operates as follows. В CAD системе проектируется требуемая геометрия детали. The CAD system is designed desired part geometry. Предварительно разогретая до рабочей температуры (T 1 ) термопластичная суспензия за счет избыточного контролируемого давления в емкости 3 подается по подогреваемому гибкому трубопроводу 5 к печатающему блоку. Preheated to the operating temperature (T 1) a thermoplastic suspension is controlled due to excess pressure in the vessel 3 is supplied through the heated flexible conduit 5 to the printing unit. Важным является контроль температуры (T 2 ) гибкого трубопровода, фиг. What is important is control of the temperature (T 2) of the flexible pipe, FIG. 4. four.

Под давлением P 1 и при температуре T 1 термопластичная суспензия поступает к печатающему блоку, снабженному соплом, которое характеризуется температурой T 3 и диаметром S кр , фиг. Under pressure P 1 and temperature T 1, the thermoplastic slurry fed to the printing unit provided with a nozzle which has a temperature T 3 and S cr diameter, FIG. 5. Таким образом, для качественной подачи материала через сопло в каждом частном случае необходимо обеспечить оптимальное сочетание параметров T 1 , P 1 , Т 2 , T 3 и S кр . 5. Thus, for the quality of the material through the nozzle in each particular case it is necessary to provide an optimal combination of the parameters T 1, P 1, T 2, T 3 and S kr.

Построение заданной геометрии из термопластичной суспензии осуществляется послойно методом наплавления. Construction of a given geometry of a thermoplastic suspension is carried out by fusing layers. Важным является охлаждение заданной суспензии на данном слое с использованием системы подачи сжатого воздуха к месту инжектирования. Cooling is important given the slurry on a given layer using a compressed air supply system to the site of injection.

Для формирования конечной детали полученную заготовку подвергают обжигу для удаления технологической связки с последующим высокотемпературным спеканием. To form the final parts obtained preform is subjected to calcination process to remove binder followed by high temperature sintering.

В качестве примера реализации был использован 3D принтер, модернизированный с учетом особенностей способа получения трехмерных керамических изделий по схеме, представленной на фиг. As an example of 3D printer was used, upgraded with the three-dimensional features of the method for producing ceramic articles according to the scheme shown in FIG. 2. 2.

Для получения изделий в виде ниппеля габаритных размеров Ш; For articles in the form of the pin overall dimensions W; В; AT; Т; T; - 25 мм; - 25 mm; 68 мм; 68 mm; 25 мм, (фиг. 6) разработанным способом использовалась термопластичная суспензия марки ВК95-1, полученная из 88% алюмооксидного керамического порошка и 12% органической связки производства ХК ОАО "НЭВ3-Союз". 25 mm (Fig. 6) developed by the method used VK95-1 brand thermoplastic suspension obtained from 88% of alumina ceramic powder and 12% organic binder production of HC "NEV3-union." После формования керамического полуфабриката проводили удаление органического связующего при температуре 1100°C в атмосфере воздуха и высокотемпературное спекание изделий при температуре 1700°C и выдержке при данной температуре в течение не менее часа. After molding semifinished ceramic organic binder removal was performed at 1100 ° C in air and high temperature sintering of the product at 1700 ° C and holding at this temperature for at least one hour. Прочность готового материала на изгиб составляла (220±20) МПа, что обеспечивалось малой остаточной пористостью в микроструктуре материала. The strength of the finished material for bending was (220 ± 20) MPa, which ensured a low residual porosity in the microstructure material. По данному способу возможно получение керамических деталей любой геометрии с возможностью управления внутренней микроструктурой материалов путем специальной термообработки после удаления связующего. In the present method it is possible to obtain ceramic parts with any geometry to control the internal microstructure of materials by special heat treatment after binder removal.

Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить заявленный положительный эффект изобретения - получение прочных керамических изделий с заданной трехмерной структурой, повышение технологичности процесса изготовления деталей из керамики и расширение номенклатуры изделий за счет возможности получения сложных 3D структур. Thus, the proposed method allows to provide a positive effect of the invention stated - obtaining durable ceramic products with a predetermined three-dimensional structure, improving manufacturability of parts from ceramics expansion process and product range due to the possibility of obtaining complex 3D structures.

ЛИТЕРАТУРА LITERATURE

1. Патент UA №2040392, МПК В28В 1/00. 1. Patent UA №2040392, IPC V28V 1/00. Устройство для литья керамических изделий под давлением / Крючков Ю.Н., Лашнева В.В., Дубок В.А.; An apparatus for casting ceramic articles pressure / Hooks YN, Lashneva VV Dubok VA .; опубл. publ. 25.07.1995. 25.07.1995.

2. Патент РФ №2005067, МПК В28В 001/26. 2. RF patent №2005067, IPC V28V 001/26. Устройство для формования мелких изделий сложной конфигурации из керамических материалов / Блинов В.Н., Кошмина З.Н., Гладских С.С, Матюшев И.И., Филиппов AM; An apparatus for molding small articles of complex configuration from ceramic materials / Blinov VN, Koshmina ZN, Gladskih SS, Matyushev II, Filippov AM; опубл. publ. 30.12.1993. 30.12.1993.

3. АС СССР №485995, МПК С04В 33/28. 3. AS USSR №485995, IPC S04V 33/28. Способ получения шликера для горячего литья керамических изделий / Пузырев Э.И., Шапиро Г.М.; A method of producing hot slip casting of ceramic articles / Puzyrev EI, Shapiro GM .; опубл. publ. 30.09.1975. 09.30.1975.

4. Patent US №5503785, МПК В29С 41/02. 4. Patent US №5503785, IPC V29S 41/02. Process of support removal for fused deposition modeling / S. Scott Crump, 02.04.1996. Process of support removal for fused deposition modeling / S. Scott Crump, 02.04.1996.

5. Patent US №5155324, МПК B23K 26/00. 5. Patent US №5155324, IPC B23K 26/00. Method for selective laser sintering with layerwise cross-scanning / Carl. Method for selective laser sintering with layerwise cross-scanning / Carl. R. Deckard, 13.10.1992. R. Deckard, 13.10.1992.

6. Patent US №5340433, МПК B65K 11/04. 6. Patent US №5340433, IPC B65K 11/04. Modeling apparatus for three-dimensions objects / S. Scott Crump, 23.80.1994. Modeling apparatus for three-dimensions objects / S. Scott Crump, 23.80.1994.

7. Грибовский П.О. 7. Gribovsky PO Горячее литье керамических изделий. Hot casting of ceramic products. - М: Госэнергоиздат, 1956. - 173 с. - M: Gosenergoizdat, 1956. - 173 p.

8. Добровольский А.Г. 8. Dobrovolsky AG Шликерное литье. Slip casting. - М.: Металлургия, 1977. - 240 с. - M .: Metallurgy, 1977. - 240 p.

9. Кремлевский П.П. 9. Kremlin PP Расходомеры и счетчики количества: Справочник. Flowmeters and counters amount: A Handbook. - Л.: Машиностроение, 1989. - 701 с. - L .: Engineering, 1989. - 701 p.

Claims (1)

  1. Способ получения трехмерных керамических изделий, включающий последовательное нанесение слоев затвердевающего материала через сопло в подвижной головке, отличающийся тем, что в качестве материала используют термопластичную суспензию, предварительно нагретую до температуры 70-90 °C, в качестве термопластичной суспензии используют смесь порошка оксида алюминия с термопластичной связкой - парафин и воск, при этом реализуют быстрое охлаждение слоев затвердевающего материала, полученную заготовку отжигают при температуре 1000-1200 °C в течени A method for producing three-dimensional ceramic products, comprising the sequential application of layers of solidifying material through a nozzle in the movable head, characterized in that the material is a thermoplastic suspension is preheated to a temperature of 70-90 ° C, as a mixture of a thermoplastic suspension of alumina powder with the thermoplastic bonded - paraffin and wax, thus realize the rapid cooling of the solidified material layers, resulting preform is annealed at a temperature of 1000-1200 ° C during не менее 1 ч, затем проводят спекание заготовки при температуре 1700-1800 °C с изотермической выдержкой в течение не менее 1 ч, а подачу нагретой термопластичной суспензии осуществляют через коническое конфузорное сопло с полууглом раствора θ=15° под давлением, которое определяют в соответствии с соотношением at least 1 h, then subjected to sintering the preform at a temperature of 1700-1800 ° C with isothermal exposure for at least 1 hour and the supply of heated thermoplastic suspension is carried out through a nozzle with a conical half-angle confuser solution θ = 15 ° at a pressure which is determined in accordance with a ratio of
    Figure 00000001
    , .
    где Δp(t) - давление подачи, Па; where Δp (t) - supply pressure Pa;
    G(t) - требуемый расход термопластичной суспензии, кг/с; G (t) - required flow thermoplastic slurry, kg / s;
    ρ - плотность суспензии, кг/м 3 ; ρ - density of the slurry, kg / m3;
    S кр - площадь минимального сечения сопла, м 2 ; S cr - minimum nozzle throat area, m 2;
    φ - безразмерный коэффициент расхода сопла. φ - dimensionless nozzle flow coefficient.
RU2015102650/05A 2015-01-27 2015-01-27 Method of producing three-dimensional ceramic articles RU2600647C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102650/05A RU2600647C2 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Method of producing three-dimensional ceramic articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102650/05A RU2600647C2 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Method of producing three-dimensional ceramic articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015102650A RU2015102650A (en) 2016-08-20
RU2600647C2 true RU2600647C2 (en) 2016-10-27

Family

ID=56694752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102650/05A RU2600647C2 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Method of producing three-dimensional ceramic articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2600647C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668107C1 (en) * 2017-11-14 2018-09-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method of manufacturing products from powder ceramic materials
RU2689833C1 (en) * 2018-09-19 2019-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-М" Method of producing ceramic articles based on powders of metal oxides

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340433A (en) * 1989-10-30 1994-08-23 Stratasys, Inc. Modeling apparatus for three-dimensional objects
US5649277A (en) * 1993-06-09 1997-07-15 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Process and apparatus for the free-forming manufacture of three dimensional components of predetermined shape
RU2169056C2 (en) * 1995-09-29 2001-06-20 Карпентер Технолоджи Корпорейшн METHOD OF MANUFACTURE OF PARTS FROM INORGANIC POWDERY MATERIAL (Versions) AND BINDING COMPOSITION FOR METHOD EMBODIMENT
RU2263004C2 (en) * 2000-04-04 2005-10-27 Мессер Грисхайм ГмбХ Method for making constructional member of powdered initial material and extractor suitable for performing the same
EP1841381B1 (en) * 2005-01-25 2013-03-13 Ormco Corporation Methods for shaping green bodies

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340433A (en) * 1989-10-30 1994-08-23 Stratasys, Inc. Modeling apparatus for three-dimensional objects
US5649277A (en) * 1993-06-09 1997-07-15 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Process and apparatus for the free-forming manufacture of three dimensional components of predetermined shape
RU2169056C2 (en) * 1995-09-29 2001-06-20 Карпентер Технолоджи Корпорейшн METHOD OF MANUFACTURE OF PARTS FROM INORGANIC POWDERY MATERIAL (Versions) AND BINDING COMPOSITION FOR METHOD EMBODIMENT
RU2263004C2 (en) * 2000-04-04 2005-10-27 Мессер Грисхайм ГмбХ Method for making constructional member of powdered initial material and extractor suitable for performing the same
EP1841381B1 (en) * 2005-01-25 2013-03-13 Ormco Corporation Methods for shaping green bodies

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668107C1 (en) * 2017-11-14 2018-09-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method of manufacturing products from powder ceramic materials
RU2689833C1 (en) * 2018-09-19 2019-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-М" Method of producing ceramic articles based on powders of metal oxides

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015102650A (en) 2016-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DebRoy et al. Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties
Goodridge et al. Laser sintering of polyamides and other polymers
Yan et al. Evaluation of light-weight AlSi10Mg periodic cellular lattice structures fabricated via direct metal laser sintering
Tay et al. Solid freeform fabrication of ceramics
US7220380B2 (en) System and method for fabricating a three-dimensional metal object using solid free-form fabrication
JP3660069B2 (en) How to free-form fabrication of metal components
Sames et al. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing
US5640667A (en) Laser-directed fabrication of full-density metal articles using hot isostatic processing
Lee et al. Measurement of anisotropic compressive strength of rapid prototyping parts
US6457629B1 (en) Object consolidation employing friction joining
US9901983B2 (en) Method of applying multiple materials with selective laser melting on a 3D article
Pattnaik et al. Developments in investment casting process—a review
Kieback et al. Processing techniques for functionally graded materials
Dutta et al. The additive manufacturing (AM) of titanium alloys
US6454972B1 (en) Solid freeform fabrication using chemically reactive suspensions
Lu et al. Study on the microstructure, mechanical property and residual stress of SLM Inconel-718 alloy manufactured by differing island scanning strategy
JP4456368B2 (en) Method of manufacturing a cast component and device
Lewis et al. Practical considerations and capabilities for laser assisted direct metal deposition
Guo et al. Effects of scanning parameters on material deposition during Electron Beam Selective Melting of Ti-6Al-4V powder
Doreau et al. Stereolithography for manufacturing ceramic parts
CN100404174C (en) Preparation method for quick preparing functional gradient material
JP3974935B2 (en) Mixing powder of the solid - ultra solid liquid phase sintering
US9079803B2 (en) Additive manufacturing hybrid core
Choi et al. Development of a direct metal freeform fabrication technique using CO2 laser welding and milling technology
US5649277A (en) Process and apparatus for the free-forming manufacture of three dimensional components of predetermined shape

Legal Events

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

Effective date: 20170128

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180216