RU2669135C1 - Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co - Google Patents
Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669135C1 RU2669135C1 RU2017143192A RU2017143192A RU2669135C1 RU 2669135 C1 RU2669135 C1 RU 2669135C1 RU 2017143192 A RU2017143192 A RU 2017143192A RU 2017143192 A RU2017143192 A RU 2017143192A RU 2669135 C1 RU2669135 C1 RU 2669135C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thickness
- layer
- zone
- melting
- laser
- Prior art date
Links
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 19
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 9
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 229910002593 Fe-Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 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
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- 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
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления трехмерных объектов, предназначенных для работы в условиях повышенного износа, селективным лазерным плавлением из порошковой композиции WC-Co. Способ включает подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц WC и Со и последующий послойный лазерный синтез изделия с заданными толщиной слоя, скоростью сканирования и удельной мощностью лазерного излучения. Предварительно осуществляют экспериментальное лазерное плавление отдельных треков на различных скоростях сканирования с различными удельными мощностями лазерного излучения и формированием в каждом треке зоны переплава композиции, зоны переплава легкоплавкого компонента и зоны исходного материала, при этом измеряют толщину упомянутых зон. Затем при послойном лазерном синтезе в качестве заданных выбирают скорость сканирования и удельную мощность лазерного излучения, при которых отношение толщины зоны переплава легкоплавкого компонента к толщине зоны переплава композиции имеет наибольшее значение, а толщину слоя задают из условия L<L<L+L, где L - толщина наносимого порошкового слоя, L- толщина зоны переплава композиции, L- толщина зоны переплава легкоплавкого компонента. Обеспечивается повышение качества изготовленных изделий. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к технологии изготовления сложных трудоемких трехмерных объектов, предназначенных для работы в условиях повышенного износа, селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co, и может найти широкое применение в горной, нефтяной и отраслях точного машиностроения.
К настоящему времени разработано множество керамических и металло-керамических материалов, отличающихся повышенной механической прочностью, износо-, термо- и коррозионной стойкостью, широкое применение которых сдерживается трудностью получения из них деталей заданной геометрической формы традиционными методами спекания и механической обработки. Широко разрабатываются так называемые аддитивные технологии, принцип которых состоит в том, что функциональные изделия синтезируются послойно по данным цифровой трехмерной модели. Данная технология призвана дополнить традиционное производство, основанное на удалении первичного материала заготовки (например, фрезерование или точение). Применение аддитивных технологий могло бы решить проблему формования деталей из различных материалов с повышенными механическими свойствами, которые трудно обрабатываются традиционными методами.
Твердые сплавы являются классическим примером металломатричных композиционных материалов. В промышленности широко применяются твердые сплавы на основе матрицы из сплавов элементов группы железа, упрочненные карбидами тугоплавких металлов, наиболее применяемым для объектов, предназначенных для работы в условиях повышенного износа, является система WC-Co.
Сразу после появления технологии селективного лазерного плавления (СЛП) возник интерес к получению с ее помощью различных композиций с металлической матрицей, в том числе и к системе WC-Co. Накопленный опыт показывает, что СЛП очень чувствительно к выбору материала, а сам технологический процесс определяется большим числом операционных параметров, такими как мощность лазера, скорость сканирования, интервал сканирования (шаг перемещения лазерного луча), стратегия сканирования (направление и последовательность перемещений лазерного луча), толщина слоя порошка, а также физико-химическими характеристиками материала и грануломорфометрическими свойствами порошка. Взаимодействие этого множества параметров очень сложное, поэтому очень важно научное понимание того, как изменение каждого из них влияет на процесс СЛП в целом.
Время нахождения материала в расплаве составляет при СЛП, как правило, доли миллисекунды. Эксперименты показывают, что за это время не успевает произойти перемешивание исходных порошковых компонентов в масштабах ванны расплава (ширина обычно меньше 100 микрон). Поэтому первые попытки получить композиционные материалы с металлической матрицей СЛП смеси порошков металла и твердой фазы с размером частиц в несколько десятков микрон приводили к образованию материала с сильно неоднородным распределением крупных твердых частиц в матрице, который часто был менее прочным, чем аналогичные композиционные материалы, полученные порошковой металлургией. Существенный прогресс был достигнут в последнее время благодаря усилиям по приготовлению специальных порошковых смесей, уже в которых мелкозернистая твердая фаза равномерно распределена в металлической.
Так, из уровня техники известен способ изготовления покрытия на изделия методом послойного лазерного синтеза, основанный на лазерном спекании механоактивированного металлического порошка и порошковой смеси металл-металл, где механоактивированный порошок получают путем высокоэнергетического размола в шаровой мельнице. Способ применим для металлических порошков Fe или Ni или Cu или Та или Al или порошковых смесей систем Fe-Ni, или Fe-Ti, или Ni-Co, или Cu-Au, или (Fe-C)-Ni, характеризующиеся близкими температурами плавления компонентов (Патент РФ №2443506 опубл. 27.02.2012).
Недостатком данного способа является невозможность использования композиционных металлокерамических систем с различными температурами плавления (например, WC-Co).
Из уровня техники известен способ получения методом СЛП материала системы WC-Co с использованием микронных исходных порошков (Т. Laoui, L. Froyen, J.-P. Kruth. Effect of Mechanical Alloying on Selective Laser Sintering of WC-9Co powder // Powder Metallurgy. 1999. T. 42, №3, C. 203-205).
Недостатком данного способа является остаточная пористость и отдельные трещины в полученных объектах, влияющие на их потребительские свойства.
В дальнейшей работе авторы снизили пористость в образцах полученных СЛП, применив способ, принимаемый нами за прототип. Способ заключается в оптимизации технологических параметров процесса, таких, как мощность лазерного излучения Р и скоростью сканирования S (X.С. Wang, Т. Laoui, J. Bonse, J.P. Kruth, B. Lauwers and L. Froyen. Direct Selective Laser Sintering of Hard Metal Powders: Experimental Study and Simulation // Int J Adv Manuf Technol., 2002, Vol. 19., P. 351-357). Совокупность признаков прототипа, совпадающая с заявленным техническим решением может быть сформулирована следующим образом: способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co, включающий подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц WC и Со и последующий послойный лазерный синтез изделия с заданными толщиной слоя, скоростью сканирования и удельной мощностью лазерного излучения. В способе согласно прототипу оптимизацию указанных параметров осуществляют на базе разработанной математической модели, весьма трудоемкой и не всегда достаточно точной. Соответственно, к недостаткам прототипа следует отнести неоднородное распределение крупных твердых частиц в матрице, что приводит к пониженным прочностным характеристикам, чем у аналогичных материалов, полученных традиционными методами.
Задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является оптимизации технологических параметров процесса, основанная на объективно измеренных данных.
Технический результат - повышение качества изготовленных изделий.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co, включающий подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц WC и Со и последующий послойный лазерный синтез изделия с заданными толщиной слоя, скоростью сканирования и удельной мощностью лазерного излучения, предварительно осуществляют экспериментальное лазерное плавление отдельных треков на различных скоростях сканирования с различными удельными мощностями лазерного излучения и формированием в каждом треке зоны переплава композиции, зоны переплава легкоплавкого компонента и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон, в качестве заданных выбирают скорость сканирования и удельную мощность лазерного излучения, при которых отношение толщины зоны переплава легкоплавкого компонента к толщине зоны переплава композиции имеет наибольшее значение, а толщину слоя задают из условия LI<L<LII+LI, где L - толщина наносимого порошкового слоя; LI - толщина зоны переплава композиции; LII - толщина зоны переплава легкоплавкого компонента, оптимально устанавливать L=LII.
Изобретение поясняется графическими материалами (следующими изображениями), где:
на Фиг. 1 - снимки полученных треков при различных параметрах;
на Фиг. 2 - зоны термического влияния (I - зона переплава композиции, II - зона переплава легкоплавкого компонента, III - зона исходного материала);
на Фиг. 3 - снимки поперечных сечений, распределение химических элементов и рассчитанные температурные поля для образцов №1 и №3.
Сущность заявленного изобретения поясняется следующим.
Для определения окна технологических параметров СЛП необходимо проводить параметрический анализ. Экспериментальное лазерное плавление отдельных треков на различных скоростях сканирования с различными удельными мощностями (иногда в специальной литературе используют альтернативный, но обозначающий тот же параметр, термин - плотность мощности) лазерного излучения позволяет определять размер и характер зон термического влияния лазерного воздействия на материал.
Для исследования лазерного излучения на материал WC-Co и определения параметров лазерного излучения использовались образцы в виде твердосплавных пластин из материала ВК20 (80%WC, 20%Со). Применялся иттербиевый волоконный лазер непрерывного действия IPG ЛК-200 В с диаметром пятна лазера 104 мкм. С целью достижения наибольшей производительности процесса селективного лазерного плавления, обработка образцов проводилась при максимальной мощности, развиваемой лазером установки 180 Вт (плотность мощности равняется 0,0064 Вт/мкм2). Образцы обрабатывались единичными проходами лазера (единичный трек) по поверхности с разными скоростями сканирования. Обработанная поверхность сначала рассматривалась в оптический микроскоп, а наиболее перспективные образцы разрезались перпендикулярно и изучались в поперечном сечении. Результаты эксперимента (не все, но наиболее характерные для демонстрации физики процесса и ее влияния на достигаемый технический результат) приведены в представленных графических материалах.
На снимках поперечного сечения образцов видны три зоны: I - зона переплава композиции, II - зона переплава легкоплавкого компонента, III - зона исходного материала. Для наглядности данные зоны разделены пунктирными линиями (см. Фиг. 2). Из-за роста карбидных включений и испарения кобальта в образце №1 обозвалась продольная трещина. В образце №2 в зоне переплава композиции карбиды вольфрама переплавились с кобальтовой матрицей, крупные поры на границе I и II зоны свидетельствуют о кипении кобальта. В образце №3 зона переплава композиции сравнительно меньше по размерам с остальными образцами.
При продолжительном температурном воздействии меняется не только структура материала, но и соотношение химических элементов. Испарение металлической связки во время лазерной обработки будет давать неравномерность единичных валиков, одиночных слоев, а впоследствии и изделий.
Для определения концентрации химических элементов образцы были исследованы в каждой (из трех) температурной зоне с помощью энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС). Средние значения вынесены в таблицу 1.
Содержание кобальта сильно варьируется в зоне I и зонах II и III образцов, что говорит о его активном испарении в зоне I. Для интерпретации полученных изображений были рассчитаны распределения температуры в поперечном сечении образцов 1 и 3 (Фигура 3). Зона II соответствует температурному интервалу от 1768 К (температура плавления кобальта) до 2500 К (начала плавления карбида вольфрама). В зоне III - зоне переплава композиции, температура достигает 3200 К (температура кипения кобальта) и выше, а содержание кобальта уменьшается за счет его испарения, наблюдается рост зерен карбида вольфрама, что приводит в конечном итоге к растрескиванию материала и является не допустимым при изготовлении изделий. В зоне II (переплава легкоплавкого компонента) соответствующей температурному интервалу от 1768 К (температура плавления кобальта) до 2500 К (начала плавления карбида вольфрама) не наблюдалось роста карбидов при плавлении кобальтовой матрицы, что является благоприятным фактором для СЛП данной системы.
Исходя из температурных полей упомянутых зон (температурные поля достаточно хорошо визуализируются в поперечных сечениях треков, как это показано в представленных графических материалах, при необходимости могут быть рассчитаны по модели (см. Т.В. Тарасова, А.В. Гусаров, К.Э. Протасов, А.А. Филатова. Влияние тепловых полей на структуру коррозионностойких сталей при различных схемах лазерной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. №7. С. 37-44). С помощью масштабной линейки на поперечных сечениях/срезах образцов можно оценить соотношение толщин зон термического влияния. Так в образце №1 толщина зоны I (переплава композиции) 40 мкм, а толщина зоны II (переплава легкоплавкого компонента) 30 мкм. Для образца №3 зона I (переплава композиции) толщиной 10 мкм, а толщина зоны II (переплава легкоплавкого компонента) 30 мкм (отметим, что данные значения являются наилучшими из всего массива исследованных образцов). Соотношение толщин LII/LI для образца №1 составляет 0,75, для образца №3 составляет 3. При соотношении для образца №3, примененные параметры лазерного излучения являются наиболее рациональными и могут является рабочими параметрами для последующего изготовления изделий. Для формирования однородно сплавленного изделия при данных параметрах лазерного излучения, параметр толщины наносимого порошкового слоя L должен соответствовать условию LI<L<LII+LI. В данном случае приемлемый диапазон составляет 10-30 мкм, а оптимальное значение толщины наносимого порошкового слоя L=20 мкм.
Резюмируя результаты проведенных исследований, нужно отметить, что выбор толщины наносимого порошкового слоя L является важным параметром влияющим на качество изделия. Даже в диапазоне удовлетворяющих условию LI<L<LII+LI толщина наносимого порошкового слоя влияет на получаемый материал (см. Таблица 2).
Из представленной таблицы видно, что наилучшими показателями обладает образец, изготовленный при L=LII и соблюдении условия, что в качестве заданных выбирают скорость сканирования и удельную мощность лазерного излучения, при которых отношение толщины зоны переплава легкоплавкого компонента к толщине зоны переплава композиции имеет наибольшее значение, допустимые параметры характерны для образца 3, и неудовлетворительными показателями обладают образцы, изготовленные с использованием параметров, выходящих за рамки заявленных.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - обеспечение оптимизации технологических параметров процесса, основанной на объективно измеренных данных - решена, а заявленный технический результат - повышение качества изготовленных изделий - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для изготовления сложных трудоемких деталей из мелкодисперсного композиционного порошка, и может найти применение в горной, нефтяной и отраслях точного машиностроения;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (6)
1. Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co, включающий подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц WC и Со и последующий послойный лазерный синтез изделия с заданными толщиной слоя, скоростью сканирования и удельной мощностью лазерного излучения, отличающийся тем, что предварительно осуществляют экспериментальное лазерное плавление отдельных треков на различных скоростях сканирования с различными плотностями мощности лазерного излучения и формированием в каждом треке зоны переплава композиции, зоны переплава легкоплавкого компонента и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон, при этом послойный лазерный синтез изделия ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны переплава легкоплавкого компонента к толщине зоны переплава композиции, а толщину слоя задают из условия
LI<L<LII+LI, где
L - толщина наносимого порошкового слоя;
LI - толщина зоны переплава композиции;
LII - толщина зоны переплава легкоплавкого компонента.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что L=LII.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143192A RU2669135C1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143192A RU2669135C1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669135C1 true RU2669135C1 (ru) | 2018-10-08 |
Family
ID=63798377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143192A RU2669135C1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669135C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114908346A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-16 | 泽高新智造(广东)科技有限公司 | 一种冲压拉伸模具激光熔覆硬质合金强化方法 |
| RU2795957C1 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ создания объемного изделия на основе гетерогенного материала с заданными физико-механическими характеристиками посредством управляемого лазерного воздействия |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2564604C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати изделий |
| US20160236372A1 (en) * | 2013-10-17 | 2016-08-18 | Xjet Ltd. | Tungsten-carbide/cobalt ink composition for 3d inkjet printing |
-
2017
- 2017-12-11 RU RU2017143192A patent/RU2669135C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160236372A1 (en) * | 2013-10-17 | 2016-08-18 | Xjet Ltd. | Tungsten-carbide/cobalt ink composition for 3d inkjet printing |
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2564604C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати изделий |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WANG X.C. и др. Direct selective laser sintering od harf metal powders: Experimental study and simulation, The international advanced manufacturing technology, 2002, vol.19, c. 351-357. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795957C1 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ создания объемного изделия на основе гетерогенного материала с заданными физико-механическими характеристиками посредством управляемого лазерного воздействия |
| CN114908346A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-16 | 泽高新智造(广东)科技有限公司 | 一种冲压拉伸模具激光熔覆硬质合金强化方法 |
| RU2820145C1 (ru) * | 2023-08-14 | 2024-05-29 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" | Способ изготовления микропористых металлических деталей сложной геометрической формы |
| RU2821178C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-06-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ получения объемных изделий из высокоэнтропийного сплава, легированного азотом, методом селективного лазерного плавления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aboulkhair et al. | Selective laser melting of aluminum alloys | |
| Moradi et al. | Additive manufacturing of stellite 6 superalloy by direct laser metal deposition–Part 1: Effects of laser power and focal plane position | |
| Padmakumar | Additive manufacturing of tungsten carbide hardmetal parts by selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS) and binder jet 3D printing (BJ3DP) techniques | |
| Rickenbacher et al. | High temperature material properties of IN738LC processed by selective laser melting (SLM) technology | |
| L. Amorim et al. | Selective laser sintering of Mo-CuNi composite to be used as EDM electrode | |
| Marya et al. | Microstructural development and technical challenges in laser additive manufacturing: case study with a 316L industrial part | |
| Khmyrov et al. | Obtaining crack-free WC-Co alloys by selective laser melting | |
| Bauer et al. | Microstructure and mechanical characterisation of SLM processed Haynes® 230® | |
| Pekok et al. | Effect of process parameters on the microstructure and mechanical properties of AA2024 fabricated using selective laser melting | |
| RU2562722C1 (ru) | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем | |
| Khmyrov et al. | Phase composition and microstructure of WC–Co alloys obtained by selective laser melting | |
| Hussain et al. | Development of TiN particulates reinforced SS316 based metal matrix composite by direct metal laser sintering technique and its characterization | |
| Prisco et al. | Influence of processing parameters on microstructure and roughness of electron beam melted Ti-6Al-4V titanium alloy | |
| Del Val et al. | Functionally graded 3D structures produced by laser cladding | |
| Kunimine et al. | Effects of laser-beam defocus on microstructural features of compositionally graded WC/Co-alloy composites additively manufactured by multi-beam laser directed energy deposition | |
| Traxel et al. | Diamond-reinforced cutting tools using laser-based additive manufacturing | |
| Xiong et al. | The influence of working distance on laser deposited WC–Co | |
| Grigor’Ev et al. | Possibilities of the technology of additive production for making complex-shape parts and depositing functional coatings from metallic powders | |
| Bricín et al. | Metallographic analysis of the suitability of a WC-Co powder blend for selective laser melting technology | |
| Singh et al. | Development of functionally graded material by fused deposition modelling assisted investment casting | |
| Schwanekamp et al. | Additive Manufacturing of application optimized tungsten carbide precision tools | |
| Vinod et al. | A novel technique for reducing lead-time and energy consumption in fabrication of Inconel-625 parts by laser-based metal deposition process | |
| RU2669135C1 (ru) | Способ изготовления изделий селективным лазерным плавлением порошковой композиции WC-Co | |
| Walia et al. | Development and performance evaluation of sintered tool tip while EDMing of hardened steel | |
| Josef et al. | Laser sintering of tungsten carbide cutter shafts with integrated cooling channels |