RU2647976C1 - Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders - Google Patents
Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647976C1 RU2647976C1 RU2016135745A RU2016135745A RU2647976C1 RU 2647976 C1 RU2647976 C1 RU 2647976C1 RU 2016135745 A RU2016135745 A RU 2016135745A RU 2016135745 A RU2016135745 A RU 2016135745A RU 2647976 C1 RU2647976 C1 RU 2647976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- rotor
- layer
- cleaning
- inner segment
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 102000010410 Nogo Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010077641 Nogo Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии послойного синтеза полиметаллических изделий сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного порошка методом селективного лазерного плавления (СЛП) по компьютерной 3-D модели, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the technology of layer-by-layer synthesis of polymetallic products of complex spatial configuration from fine powder by the method of selective laser melting (SLP) according to a computer 3-D model, and can be used in various engineering industries.
При лазерном синтезе изделия с градиентными свойствами или состоящего из нескольких типов порошков возникает задача удаления слоя незакрепленного порошка одного типа из области построения после окончания ее обработки лазерным лучом. После удаления данного незакрепленного порошка в тот же слой необходимо подать порошок из другого материала и произвести его обработку лазерным лучом в соответствии с программой построения. При этом в одном слое образуются области с разными материалами или последовательность слоев из разных материалов.In laser synthesis of a product with gradient properties or consisting of several types of powders, the problem arises of removing a layer of loose powder of the same type from the construction area after the end of its processing by a laser beam. After removing this loose powder in the same layer, it is necessary to feed the powder from another material and process it with a laser beam in accordance with the construction program. In this case, regions with different materials or a sequence of layers of different materials are formed in one layer.
В патенте РФ RU 2371285 ("Устройство и способ нанесения слоев порошкообразного материала на поверхность") приведено устройство, представляющее собой покрывающий агрегат для нанесения слоя материала, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения между двумя конечными положениями и содержит лезвие для удаления лишнего материала. Оно содержит устройство транспортировки материала, с помощью которого материал может быть транспортирован с одной стороны лезвия на его другую сторону. Устройство транспортировки материала содержит транспортирующий ролик или представляет собой псевдоожижающее устройство. Материал, сдвинутый лезвием покрывающего агрегата во время нанесения слоя из рабочей зоны наружу, снова используют для нанесения следующего слоя, поэтому минимизируются потери материала.In the patent of the Russian Federation RU 2371285 ("Device and method for applying layers of powder material to the surface"), a device is provided that is a coating unit for applying a layer of material that is mounted with the possibility of reciprocating movement between two end positions and contains a blade to remove excess material. It contains a material transport device with which material can be transported from one side of the blade to its other side. The material conveying device comprises a conveying roller or is a fluidizing device. The material, shifted by the blade of the coating unit during application of the layer from the working area to the outside, is again used to apply the next layer, therefore material loss is minimized.
Недостатками данного устройства являются невозможность работы с несколькими разными материалами, необходимость в использовании псевдоожиженного порошка, что накладывает определенные требования и вызывает сложности по размещению систем по его подготовке, увеличивая время на подготовку к процессу лазерного синтеза.The disadvantages of this device are the inability to work with several different materials, the need to use fluidized powder, which imposes certain requirements and causes difficulties in the placement of systems for its preparation, increasing the time for preparation for the laser synthesis process.
Известно устройство для получения градиентных материалов из порошков (патент РФ №2365468 "Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления"), в состав которого входят такие элементы как платформа для крепления спекаемого изделия, рабочий бункер с поршнем, перемещающим слой порошка и изделие в вертикальном направлении, бункер-питатель и роллер засыпки и укладки порошка, а роллер очистки выполнен с возможностью перемещения параллельно или перпендикулярно оси перемещения роллера засыпки и укладки порошка.A device for producing gradient materials from powders is known (RF patent No. 2365468 "A method for producing gradient materials from powders and a device for its implementation"), which includes such elements as a platform for attaching the sintered product, a working hopper with a piston moving the powder layer and the product in the vertical direction, the hopper-feeder and the roller filling and laying powder, and the cleaning roller is arranged to move parallel or perpendicular to the axis of movement of the roller filling and laying powder a.
В ходе процесса получения градиентных материалов осуществляют последовательное нанесение слоев из различных материалов и программируемое селективное спекание или плавление заданной области каждого слоя. Перед нанесением последующего слоя изделие перемещают вверх относительно поверхности порошка на толщину наносимого слоя. Очищают поверхность детали и понижают уровень поверхности порошка на толщину наносимого слоя, не меняя положения изделия относительно уровня поверхности порошка. Платформа для крепления спекаемого изделия размещается в рабочем бункере с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении относительно поршня, перемещающего слой порошка, вращающейся турелью, имеет закрепленные в ней бункеры-питатели. Роллер для очистки изделия выполнен с возможностью его горизонтального перемещения и с возможностью перемещения параллельно или перпендикулярно оси перемещения роллера засыпки и укладки порошка, который обеспечивает перемещение сначала слоя порошка типа А, а потом и типа Б из бункера-питателя в рабочий бункер и укладывает вровень с плоскостью спекания.During the process of obtaining gradient materials, sequential deposition of layers of various materials and programmable selective sintering or melting of a given region of each layer are carried out. Before applying the subsequent layer, the product is moved upward relative to the surface of the powder by the thickness of the applied layer. They clean the surface of the part and lower the level of the powder surface by the thickness of the applied layer without changing the position of the product relative to the level of the powder surface. The platform for fastening the sintered product is placed in the working hopper with the possibility of its movement in the vertical direction relative to the piston moving the powder layer, the rotating turret, has feeders mounted in it. The roller for cleaning the product is made with the possibility of its horizontal movement and with the possibility of moving parallel or perpendicular to the axis of movement of the powder filling and stacking roller, which first moves the powder layer of type A, and then type B from the hopper-feeder into the working hopper and lays flush with sintering plane.
Недостатками являются сложность конструкции и необходимость смены порошка в роллере засыпки и укладки при создании слоя из другого типа порошка, сложность при создании слоя, содержащего несколько типов порошка.The disadvantages are the complexity of the design and the need to change the powder in the backfill and styling roller when creating a layer of another type of powder, the difficulty in creating a layer containing several types of powder.
Наиболее близким, взятым в качестве прототипа является патент РФ RU 2401180 ("Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления"), в котором для создания слоя из разных материалов используются несколько устройств, входящих в состав установки для лазерного синтеза изделия из порошковых материалов: бункер-питатель, каретка засыпки и укладки порошка, дополнительно снабженная роллером прикатки, а также дополнительным устройством (роллером) очистки с возможностью вертикального перемещения, кроме того, установлен роллер очистки, перемещающийся перпендикулярно направлению движения каретки засыпки и укладки порошка.The closest taken as a prototype is RF patent RU 2401180 ("A method for producing gradient materials from powders and a device for its implementation"), in which several devices are used to create a layer of different materials that are part of the installation for laser synthesis of products from powder materials: hopper-feeder, carriage for filling and stacking powder, additionally equipped with a rolling roller, as well as an additional cleaning device (roller) with the possibility of vertical movement, in addition, it is set flax cleaning roller, movable perpendicularly to the direction of movement of the carriage powder filling and stacking.
На поршне рабочего бункера, находящегося в некотором исходном положении после селективного спекания предыдущего слоя из порошка А, закреплено изделие. Перед нанесением слоя порошка Б поршень рабочего бункера поднимается на высоту спекаемого слоя и с помощью роллера очистки, движущегося перпендикулярно движению каретки укладки порошка, производится удаление предыдущего слоя А. Роллер очистки на каретке, имеющий вертикальное перемещение, служит для дополнительной очистки при удалении слоя порошка. Необходимость создания отдельной оси для перемещения перпендикулярно движению каретки за счет приводов линейного перемещения, требует дополнительного пространства внутри рабочей камеры, что приводит к усложнению конструкции. Кроме того, механическое удаление незакрепленного порошка не обеспечивает достаточной чистоты очистки и частицы порошка могут оставаться на изделии и попадать в новый слой порошка из другого материала, что в свою очередь приводит к снижению качества выращиваемого изделия.The product is fixed on the piston of the working hopper, which is in some initial position after the selective sintering of the previous layer of powder A. Before applying the powder layer B, the piston of the working hopper rises to the height of the sintered layer and using the cleaning roller moving perpendicular to the movement of the powder laying carriage, the previous layer A is removed. The cleaning roller on the carriage having vertical movement serves for additional cleaning when removing the powder layer. The need to create a separate axis for moving perpendicular to the movement of the carriage due to linear displacement drives requires additional space inside the working chamber, which leads to a complication of the design. In addition, the mechanical removal of loose powder does not provide sufficient cleaning purity and powder particles can remain on the product and fall into a new powder layer from another material, which in turn leads to a decrease in the quality of the grown product.
Кроме того, в данной конструкции не предусмотрена возможность очистки рабочей поверхности самого роллера очистки.In addition, this design does not provide for the possibility of cleaning the working surface of the cleaning roller itself.
Задачей заявленного решения является упрощение конструкции устройства и повышение качества изделия, за счет повышения качества сбора неиспользованного порошка на всю глубину слоя.The objective of the claimed solution is to simplify the design of the device and improve the quality of the product, by improving the collection quality of unused powder to the entire depth of the layer.
Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для получения объемных изделий с градиентом свойств из порошков, содержащее рабочую камеру, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, область построения с поршнем, с возможностью перемещения в вертикальном направлении, емкости подачи и сбора порошка и устройство очистки, согласно заявленному решению, устройство очистки выполнено в виде ротора из тонкостенного газопроницаемого материала с возможностью создания внутри перепада давления, и установленного с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения над областью построения, на оси ротора установлен внутренний сегмент, а емкости подачи и сбора порошка объединены в единый модуль с ротором. А также за счет того, что внутренний сегмент зафиксирован посредством крепежных элементов и установлен с зазором относительно внутренней поверхности ротора, при этом ротор снабжен штуцером для соединения с пневмосистемой, а поверхность ротора имеет область выравнивания давления с давлением за пределами ротора. Кроме того, устройство снабжено ножом для очистки ротора, вмонтированным в край емкости сбора, и содержит бункер сбора незакрепленного порошка, снабженный распределителем порошка.This goal is achieved due to the fact that the device for producing bulk products with a gradient of properties from powders, containing a working chamber, a laser optically coupled to a scanning and beam focusing system, a construction area with a piston, with the ability to move in the vertical direction, the supply and collection capacities powder and cleaning device, according to the claimed solution, the cleaning device is made in the form of a rotor of thin-walled gas-permeable material with the possibility of creating a pressure drop inside, and setting Nogo rotatable about its axis and reciprocating over the area building, mounted on the rotor axis the inner segment, and capacity feeder and powder collection combined into a single unit with the rotor. And also due to the fact that the inner segment is fixed by means of fasteners and installed with a gap relative to the inner surface of the rotor, the rotor is equipped with a fitting for connection to the pneumatic system, and the rotor surface has an area of pressure equalization with pressure outside the rotor. In addition, the device is equipped with a knife for cleaning the rotor mounted on the edge of the collection tank, and contains a hopper for collecting loose powder, equipped with a powder distributor.
Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение в процессе построения изделия, высокой точности очистки слоя от незакрепленного порошка одного типа, перед нанесением слоя порошка другого типа, что достигается за счет новой конструкции устройства очистки, выполненного в виде подвижного ротора из тонкостенного газопроницаемого пористого материала, объединенного в единый модуль с емкостями подачи и сбора порошка и снабженного штуцером для соединения с пневмосистемой. На оси ротора установлен внутренней сегмент, выполненный на всю длину цилиндра ротора. При прохождении ротора сборщика над областью построения, во внутренней полости ротора сборщика создается разрежение и на порошок воздействует газодинамическая сила, притягивающая порошинки на внешнюю поверхность ротора сборщика. На том участке, где внутренний сегмент перекрывает внутреннюю поверхность ротора сборщика, давление внутри стенки цилиндра ротора сборщика из газопроницаемого пористого материала, становится равным внешнему давлению. При вращении ротора, порошинки в этом месте начинают осыпаться с внешней поверхности ротора в емкость сбора порошка. Для дополнительной очистки поверхности ротора в конструкции предусмотрен нож.The technical result of the proposed solution is to ensure in the process of building the product, high precision cleaning of the layer from loose powder of one type, before applying a layer of powder of another type, which is achieved due to the new design of the cleaning device, made in the form of a movable rotor from a thin-walled gas-permeable porous material, combined in a single module with containers for supplying and collecting powder and equipped with a fitting for connection to the pneumatic system. An inner segment is installed on the rotor axis, which is made over the entire length of the rotor cylinder. When the collector rotor passes over the construction area, a vacuum is created in the inner cavity of the collector rotor and a gas-dynamic force acts on the powder, attracting the powders to the outer surface of the collector rotor. In the area where the inner segment overlaps the inner surface of the collector rotor, the pressure inside the cylinder wall of the collector rotor from a gas-permeable porous material becomes equal to the external pressure. When the rotor rotates, the powders in this place begin to crumble from the outer surface of the rotor into a powder collecting container. For additional cleaning of the rotor surface, a knife is provided in the design.
Этот процесс происходит при непрерывном параллельном перемещении ротора сборщика вместе с емкостями сбора и подачи порошка относительно рабочей области построения до крайнего положения, где находятся бункер сбора порошка.This process occurs during continuous parallel movement of the collector rotor together with powder collection and supply tanks relative to the working area of the construction to the extreme position where the powder collection hopper is located.
Сила притяжения порошка и, соответственно, толщина собранного порошка на поверхности ротора (количество порошка) будет пропорциональна разрежению внутри ротора сборщика, т.е. градиенту давления газа между внутренним объемом ротора сборщика и внешней областью.The force of attraction of the powder and, accordingly, the thickness of the collected powder on the surface of the rotor (amount of powder) will be proportional to the vacuum inside the collector rotor, i.e. the gas pressure gradient between the inner volume of the collector rotor and the outer region.
Перепад давления, необходимого для удержания порошка на поверхности ротора сборщика определяют по соотношению:The pressure drop required to hold the powder on the surface of the collector rotor is determined by the ratio:
где ΔР - перепад давления между давлением в области построения и внутри ротора сборщика;where ΔР is the pressure difference between the pressure in the field of construction and inside the rotor of the collector;
ρ - плотность порошинок;ρ is the density of the powders;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
ΔR - толщина стенки ротора сборщика.ΔR is the wall thickness of the rotor of the collector.
Обеспечиваемое разрежение позволяет с большой точностью собирать порции незакрепленного порошка, притягивая его к боковой поверхности ротора сборщика, т.к. сбор регулируется давлением, а не механическим удалением с поверхности. Наличие распределителя в бункере сбора незакрепленного порошка позволяет при сбросе разделять порошки из разных материалов.Provided vacuum allows with high accuracy to collect portions of loose powder, attracting it to the side surface of the collector rotor, because collection is regulated by pressure rather than mechanical removal from the surface. The presence of a distributor in the hopper for collecting loose powder allows you to separate powders from different materials during discharge.
Использование конструкции ротора сборщика в едином модуле с емкостями подачи и сбора порошка, позволяет минимизировать необходимое пространство внутри рабочей камеры, а также повысить скорость сбора порошка, т.к. сбор порошка не требует дополнительного согласования движений отдельных устройств.Using the design of the collector rotor in a single module with powder supply and collection containers allows you to minimize the necessary space inside the working chamber, as well as to increase the speed of powder collection, since powder collection does not require additional coordination of the movements of individual devices.
Заявленное решение поясняется графическими материалами, гдеThe claimed solution is illustrated by graphic materials, where
на фиг. 1 - представлена схема работы ротора сборщика;in FIG. 1 - a diagram of the operation of the rotor of the collector;
на фиг. 2 - показан внутренний сегмент;in FIG. 2 - shows the inner segment;
на фиг. 3 - показана схема фиксации слоев порошков типа А и Б.in FIG. 3 - shows a scheme for fixing the layers of powders of type A and B.
На чертежах цифрами обозначены следующие элементы и узлы:In the drawings, the numbers indicate the following elements and assemblies:
1 - ротор сборщик1 - rotor collector
2 - привод ротора сборщика2 - collector rotor drive
3 - внутренний сегмент ротора сборщика3 - the inner segment of the rotor collector
4 - привод емкости сбора порошка4 - powder collection tank drive
5 - емкость подачи порошка5 - powder supply capacity
6 - емкость сбора порошка6 - powder collection capacity
7 - подшипниковый узел ротора сборщика (2 шт.)7 - bearing assembly of the rotor of the collector (2 pcs.)
8 - штуцер для подключения пневмосистемы8 - connection for pneumatic system
9 - нож для очистки ротора сборщика9 - a knife for cleaning the rotor of the collector
10 - привод линейного перемещения ротора сборщика10 - drive linear movement of the rotor of the collector
11 - бункеры-питатели для подачи нового порошка типа А и Б11 - feeding hoppers for supplying a new powder of type A and B
12 - приводы дозаторов бункеров- питателей для подачи нового порошка типа А и Б12 - hopper feeder drives for feeding new type A and B powder
13 - бункер сбора незакрепленного порошка13 - hopper collecting loose powder
14 - распределитель бункера сбора незакрепленного порошка14 - dispenser hopper collection loose powder
15 - привод распределителя бункера сбора незакрепленного порошка15 - drive distributor hopper collection loose powder
16 - ремень привода линейного перемещения ротора сборщика (2 шт.)16 - belt drive linear movement of the rotor of the collector (2 pcs.)
17 - рабочая область построения17 - construction workspace
18 - зазор между внутренним сегментом и ротором сборщика18 - the gap between the inner segment and the rotor of the collector
19 - область выравнивания давления в роторе сборщике.19 is a region of pressure equalization in the rotor collector.
Устройство для получения объемных изделий с градиентом свойств из порошков содержит рабочую камеру, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, область построения 17 с поршнем, с возможностью перемещения слоя порошка с изделием в вертикальном направлении. Для очистки слоя от незакрепленного порошка после проведения операции лазерной обработки, устройство содержит ротор сборщик 1 (фиг. 1), который представляет собой тонкостенный пустотелый цилиндр, выполненный из газопроницаемого пористого материала. Ротор сборщик 1 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения над областью построения 17. Ротор сборщик 1 подключен через штуцер 8 к пневмосистеме (не показана) и вращается приводом 2. На оси вращения ротора сборщика 1 неподвижно установлен внутренний сегмент 3 (фиг. 2). Внешняя поверхность внутреннего сегмента 3 имеет зазор 18 с внутренней поверхностью ротора 1. Два подшипниковых узла 7, выполненных в пылезащищенном исполнении, предназначены для обеспечения вращения ротора сборщика 1 при его перемещении вдоль области построения 17. Устройство содержит бункеры-питатели 11 для подачи порций нового порошка типа А и Б в емкость подачи порошка 5, за счет вращения привода дозаторов 12. Емкость подачи порошка 5 и емкость сбора порошка 6 объединены в единый модуль с ротором сборщиком 1. В край емкости сбора порошка 6 вмонтирован нож 9 для очистки внешней боковой поверхности ротора сборщика 1 (фиг. 2).A device for producing bulk products with a gradient of properties from powders comprises a working chamber, a laser optically coupled to a scanning and beam focusing system, a
Устройство имеет ремни 16 линейного перемещения ротора сборщика 1 с емкостью подачи порошка 5 и емкостью сбора порошка 6, в прямом и обратном направлении параллельно области построения 17 при помощи привода 10.The device has
Устройство также содержит бункер сбора незакрепленного порошка 13, т.е. не участвующего в построении изделия. Бункер сбора незакрепленного порошка 13 снабжен распределителем 14, позволяющим разделять сбрасываемые порции порошков. Сброс порошка в бункер 13 осуществляется емкостью сбора порошка 6 при вращении привода 4.The device also comprises a hopper for collecting
Устройство для получения объемных изделий с градиентом свойств из порошков работает следующим образом.A device for producing bulk products with a gradient of properties from powders works as follows.
В первоначальный момент в рабочей камере создается необходимая инертная атмосфера, для предотвращения окисления будущего изделия. Поршень области построения 17 выставляется в исходную позицию. Из бункеров-питателей 11 для порошков типа А и Б, приводом дозаторов 12, через дозатор (не показан) новый порошок типа А поступает в емкость подачи порошка 5, попадая на край поверхности области построения 17. Ремнями 16, при помощи привода линейного перемещения 10, в прямом направлении параллельно области построения 17, одновременно перемещаются емкость подачи порошка 5, ротор сборщик 1 и емкость сбора порошка 6 из крайнего положения под бункерами-питателями 11 в крайнее положение за входным отверстием бункера сбора порошка 13. Порошок равномерно распределяется по всей области построения 17, формируя слой из порошка типа А необходимой толщины, при этом излишки порошка типа А попадают в бункер сбора порошка 13. Слой формируется за счет поддержания постоянного зазора между нижней поверхностью емкости подачи порошка 5 и поверхностью области построения 17, на которую он насыпается и уплотняется нижней поверхностью емкости подачи порошка 5. Далее лазером, оптически связанным с системой сканирования и фокусировки луча (не показан), проводится сплавление конкретных областей слоя порошка типа А по требуемой траектории, согласно программе построения изделия, созданной на основе 3D модели. Затем ротор сборщик 1, емкость сбора порошка 6 и емкость подачи порошка 5 возвращаются в исходное положение. Далее внутри ротора сборщика 1 создается разрежение за счет откачки воздуха/газа через штуцер 8 подключенной к нему пневмосистемой (не показана), расположенной за пределами рабочей камеры. Внутренний сегмент 3 установлен в определенное фиксированное положение относительно емкости сбора порошка 6, так, что поверхность 19 (фиг. 2) ротора сборщика 1, перекрываемая внутренним сегментом 3, располагается над емкостью сбора 6. Ротор сборщик 1, при непрерывном вращении, перемещается над областью построения 17 и осуществляет сбор незакрепленного порошка типа А возникающей газодинамической силой, притягивающей порошинки к внешней поверхности ротора сборщика 1. На участке поверхности 19 ротора сборщика 1, где внутренний сегмент 3 перекрывает стенку цилиндра ротора сборщика 1, давление внутри стенки цилиндра ротора сборщика 1 из газопроницаемого пористого материала, выравнивается с внешним давлением. Порошинки в этом месте начинают осыпаться с внешней поверхности цилиндра ротора сборщика 1 и падать в емкость сбора порошка 6. Ножом 9 оставшиеся на поверхности ротора сборщика 1 порошинки дополнительно удаляются и падают в емкость сбора порошка 6. Ротор сборщик 1 вращается на подшипниковых узлах 7 приводом 2. Над отверстием бункера сбора порошка 13 емкость сбора порошка 6 осуществляет сброс собранного порошка при вращении привода 4 в бункер сбора порошка 13. При этом распределителем 14 с помощью привода 15 задается направление сброса порошка по его типу в одну или другую часть бункера сбора порошка 13.At the initial moment, the necessary inert atmosphere is created in the working chamber to prevent oxidation of the future product. The piston of the
Поршень зоны построения 17 опускается на заданную величину и начинается, в зависимости от программы построения изделия, укладка очередного слоя из порошка типа Б по вышеописанному алгоритму. После этого лазером, оптически связанным с системой сканирования и фокусировки луча, проводится сплавление конкретных областей слоя из порошка типа Б в зависимости от заданной программы. Затем поршень области построения 17 опускается на заданную величину и наносится следующий слой из порошка типа Б и последующее его сплавление лазером согласно созданной программе. Далее производится сбор незакрепленного порошка типа Б по вышеописанному алгоритму, при этом удаляется порошок типа Б из двух созданных слоев порошка типа Б. Затем на поверхность области построения 17 наносится слой из порошка типа А, производится лазерное сплавление порошка по требуемой траектории. Поршень области построения 17 опускается на заданную величину, наносится на поверхность области построения 17 слой порошка типа А по вышеописанному алгоритму и происходит лазерное сплавление порошка по требуемой траектории. Далее производится сбор 2-х слоев незакрепленного порошка типа А и ссыпание его в бункер сбора порошка 13. После этого поршень области построения 17 опускается на заданную величину. Процедуры по формированию слоев повторяются N раз до завершения построения изделия (фиг. 3).The piston of the
Перепад давления, необходимый для удержания порошка на поверхности ротора сборщика 1, в первом приближении, не зависит от диаметра порошинок и вычисляется по соотношению (1), при условии соотношения толщины стенки ротора сборщика-распределителя порошка и радиуса ротора сборщика - ΔR<<R.To a first approximation, the pressure drop necessary to hold the powder on the surface of the rotor of the
где ΔР - перепад давления между давлением в области построения и внутри ротора сборщика;where ΔР is the pressure difference between the pressure in the field of construction and inside the rotor of the collector;
ρ - плотность порошинок;ρ is the density of the powders;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
ΔR - толщина стенки ротора сборщика.ΔR is the wall thickness of the rotor of the collector.
Заявленная конструкция позволяет регулировать глубину сбора порошка путем создания требуемого перепада давления между внутренним объемом ротора сборщика и внешней областью, кроме этого включает в себя систему очистки рабочей поверхности ротора сборщика.The claimed design allows you to adjust the depth of collection of the powder by creating the required pressure difference between the internal volume of the rotor of the collector and the external region, in addition, it includes a system for cleaning the working surface of the rotor of the collector.
Устройство имеет простую конструкцию, высокий ресурс работы. В заявляемом устройстве для сбора порошка используется ротор сборщик, находящийся в едином модуле с емкостями подачи и сбора порошка, что позволяет минимизировать необходимое пространство внутри рабочей камеры, а также повысить скорость сбора порошка без дополнительного согласования движений отдельных устройств, и обеспечивает возможность одновременной укладки нового слоя порошка в момент сбора незакрепленного порошка на предыдущем слое.The device has a simple design, high service life. The inventive device for collecting powder uses a rotor collector located in a single module with containers for supplying and collecting powder, which allows to minimize the necessary space inside the working chamber, as well as to increase the speed of collection of powder without additional coordination of the movements of individual devices, and allows the simultaneous laying of a new layer powder at the time of collection of loose powder on the previous layer.
Предлагаемое устройство позволяет повысить общую производительность полипорошкового 3D принтера до уровня передовых монопорошковых устройств. Данная конструкция обладает простой компоновкой, минимальным количеством подшипниковых узлов, которая будет работать при создании разрежения и применима также при создании изделий методом лазерного спекания. Данная конструкция обладает хорошей ремонтопригодностью - возможна полная замена всех изнашивающихся элементов без разборки ротора сборщика.The proposed device can improve the overall performance of polypowder 3D printer to the level of advanced monopowder devices. This design has a simple layout, a minimum number of bearing units, which will work when creating a vacuum and is also applicable when creating products by laser sintering. This design has good maintainability - it is possible to completely replace all wearing elements without disassembling the rotor of the collector.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135745A RU2647976C1 (en) | 2016-09-05 | 2016-09-05 | Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135745A RU2647976C1 (en) | 2016-09-05 | 2016-09-05 | Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647976C1 true RU2647976C1 (en) | 2018-03-21 |
Family
ID=61708049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135745A RU2647976C1 (en) | 2016-09-05 | 2016-09-05 | Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647976C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111957964A (en) * | 2020-08-21 | 2020-11-20 | 北京隆源自动成型系统有限公司 | Variable gradient powder supply device for SLM gradient metal printing |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2021881C1 (en) * | 1986-10-17 | 1994-10-30 | Борд оф Риджентс, Дзе Юниверсити оф Тексас Систем | Method to produce a part and the device to fulfill it |
| RU2365468C2 (en) * | 2007-06-13 | 2009-08-27 | Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" | Method of production of gradient materials from powders and device for this process |
| RU2401180C2 (en) * | 2008-08-15 | 2010-10-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Method of producing gradient materials from powders and device to this end |
| US20130177767A1 (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-11 | Maik Grebe | Apparatus for layer-by-layer production of three-dimensional objects |
-
2016
- 2016-09-05 RU RU2016135745A patent/RU2647976C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2021881C1 (en) * | 1986-10-17 | 1994-10-30 | Борд оф Риджентс, Дзе Юниверсити оф Тексас Систем | Method to produce a part and the device to fulfill it |
| RU2365468C2 (en) * | 2007-06-13 | 2009-08-27 | Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" | Method of production of gradient materials from powders and device for this process |
| RU2401180C2 (en) * | 2008-08-15 | 2010-10-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Method of producing gradient materials from powders and device to this end |
| US20130177767A1 (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-11 | Maik Grebe | Apparatus for layer-by-layer production of three-dimensional objects |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111957964A (en) * | 2020-08-21 | 2020-11-20 | 北京隆源自动成型系统有限公司 | Variable gradient powder supply device for SLM gradient metal printing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10882302B2 (en) | Powder delivery for additive manufacturing | |
| US11370031B2 (en) | Large scale additive machine | |
| US11103928B2 (en) | Additive manufacturing using a mobile build volume | |
| US10799953B2 (en) | Additive manufacturing using a mobile scan area | |
| JP6356741B2 (en) | Powder recirculation type additive manufacturing apparatus and method | |
| CN108790152B (en) | High-throughput additive manufacturing system | |
| US10744596B2 (en) | Material feeder of additive manufacturing apparatus, additive manufacturing apparatus, and additive manufacturing method | |
| US9878371B2 (en) | Powder dispenser for making a component by additive manufacturing | |
| JP6427844B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| CN111225758B (en) | Powder supply device and three-dimensional lamination molding device | |
| JP5582923B2 (en) | Apparatus and method for continuous manufacturing | |
| US20180200962A1 (en) | Additive manufacturing using a dynamically grown build envelope | |
| CN108025499A (en) | Array for the printhead module of increasing material manufacturing system | |
| US20160332371A1 (en) | Additive manufacturing system and method of operation | |
| WO2015075539A1 (en) | Method for producing three-dimensional objects from powders and device for implementing same | |
| KR20160102420A (en) | Device and method for 3d printing methods, with accelerated execution | |
| JP6620505B2 (en) | Powder additive manufacturing apparatus and powder layer manufacturing method | |
| US10981232B2 (en) | Additive manufacturing using a selective recoater | |
| CN114101710A (en) | Additive manufacturing system and method including a rotary adhesive jetting printhead | |
| RU2647976C1 (en) | Device for production of 3d articles with the gradient of properties of powders | |
| CN114190085A (en) | Apparatus and method for depositing particulate material in additive manufacturing | |
| US11969791B2 (en) | Additive manufacturing machine with movable, controlled powder dispensing | |
| US20220001453A1 (en) | Additive manufacturing machine with movable, controlled powder dispensing | |
| CN113631354A (en) | Additive manufacturing apparatus comprising a movable surface for receiving powder and optimised to retain powder particles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210528 |