RU2691469C1 - Установка для получения детали из металлического порошкового материала - Google Patents
Установка для получения детали из металлического порошкового материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691469C1 RU2691469C1 RU2018134454A RU2018134454A RU2691469C1 RU 2691469 C1 RU2691469 C1 RU 2691469C1 RU 2018134454 A RU2018134454 A RU 2018134454A RU 2018134454 A RU2018134454 A RU 2018134454A RU 2691469 C1 RU2691469 C1 RU 2691469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder material
- metal powder
- layer
- metallic powder
- feeders
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 51
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 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
- B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
- B29C64/194—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control during lay-up
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оборудованию для получения детали методом селективного лазерного спекания с применением поверхностно-пластического деформирования и точечной контактной сварки. Установка для получения детали из металлического порошкового материала содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала, два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала. С одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала дополнительно установлен манипулятор со встроенным шариком-электродом, подключенным к первому контакту дополнительно установленного на станине трансформатора, а второй контакт трансформатора подведен к строительной платформе. Обеспечивается повышение межслойной когезионной прочности и изотропии физико-механических свойств детали. 1 ил.
Description
Изобретение относится к: оборудованию для получения детали методом селективного лазерного спекания с применением поверхностно-пластического деформирования и точечной контактной сварки.
Известны различные аналоги установок для получения деталей из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии, спекающие (сплавляющие) детали из порошков, и состоящие, в основном, из лазерно-оптической системы, рабочей камеры с вертикально подвижным столом, механизмов вертикальной подачи порошка из бункера-питателя и горизонтальной подачи порошка в рабочую камеру с последующим выравниванием ножами или валиками и спеканием каждого его слоя, с системами вакуумирования. очистки и защиты газовой среды, системой управления и т.д. (установки моделей «Phenix 250» (Франция). EOSINTS 750 (Германия), Concept М2 (Германия), патент US №6215093 В1, опубл. 10.04.2001).
Недостатком данных установок является низкое качество послойного формирования детали, в виду низкой эффективности лазерной обработки, зависящей от толщины формируемого слоя и снижающейся по мере удаления от верхней поверхности слоя в глубину к нижней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала. Это приводит к неполному оплавлению металлического порошка находящегося на нижней поверхности сформированного слоя и снижает прочность детали в направлении вдоль формирования детали и приводит к анизотропии физико-механических свойств. Увеличение мощности лазера при лазерной обработке или времени воздействия приводит к выгоранию частиц на верхней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала, что делает невозможным получения детали из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии.
В качестве прототипа взят патент US №20090206065 А1 опубл. 20.08.2009. Установка содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала.
Недостатком данной установки является низкое качество послойного формирования детали, в виду низкой эффективности лазерной обработки, зависящей от толщины формируемого слоя и снижающейся по мере удаления от верхней поверхности слоя в глубину к нижней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала. Как следствие это приводит к неполному оплавлению металлического порошка находящегося на нижней поверхности сформированного слоя, что снижает прочность детали в направлении вдоль формирования детали и приводит к анизотропии физико-механических свойств. Увеличение мощности лазера при лазерной обработке или времени воздействия приводит к выгоранию частиц на верхней поверхности сформированного слоя металлического порошкового материала, что делает невозможным получения детали из металлического порошкового материала с применением лазерной технологии.
Задачей изобретения является усовершенствование установки для получения детали из металлического порошкового материала, позволяющее повысить качество послойного формирования детали и обеспечить формирование детали с высокими физико-механическими и прочностными свойствами.
Техническим результатом является повышение межслойной когезионной прочности и изотропии физико-механических свойств детали.
Технический результат достигается тем, что установка для получения детали из металлического порошкового материала содержит камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, в нижней части размещена станина, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала, при этом с одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала дополнительно установлен манипулятор со встроенным шариком-электродом, подключенным к первому контакту дополнительно установленного на станине трансформатора, а второй контакт трансформатора подведен к строительной платформе.
При формировании детали с применением аддитивной технологии послойного наращивания из металлического порошкового материала в результате снижения эффективности воздействия лазера в зависимости от толщины формируемого слоя, происходит неполное оплавление частиц металлического порошкового материала расположенных ниже частиц расположенных на поверхности слоя, на которую воздействует лазер. В результате неполного оплавления частиц поверхности слоя сопрягаемой с предыдущим слоем значения межслойной когезионной прочности между, как правило, слоями значительно ниже, чем вдоль формирования слоев. В результате чего физико-механические свойства детали ниже вдоль направления формирования детали, чем в вдоль направления формирования слоя. Такое явление называется анизотропией и является нежелательным, так как снижает физико-механические свойства получаемой детали в целом.
Повышение мощности лазера или длительности его воздействия на формируемый слой для создания условия полного оплавления частиц металлического порошкового материала расположенных ниже поверхности слоя, на которую воздействует лазер, приводит к выгоранию частиц металлического порошкового материала находящихся на поверхности слоя, на которую воздействует лазер. В результате чего получить деталь на данной установке с заданными размерами в пределах допускаемых отклонений в размерах или форме детали становится невозможным или вообще невозможно получить деталь на данной установке.
Для повышения межслойной когезионной прочности между формируемыми слоями детали необходимо создания условий, обеспечивающих локальное сплавление слоев по всей поверхности их сопряжения, при этом, не оплавляя материал слоя не сопрягаемых с другими слоями местах. Такое сплавление возможно при условии локального мгновенного нагрева до температуры плавления, что может быть обеспечено за счет проскакивания разряда электрического тока, который при прохождении через границу раздела слоев из-за изменения электропроводимости мгновенно нагревает в локальной точке прохождения разряда материал слоев сопрягаемых поверхностей. Для обеспечения прохождения разряда к строительной платформе через вилку подведен один из контактов трансформатора, а к шарику-электроду - второй контакт трансформатора, для обеспечения возможности перемещения шарика-электрода по траектории лазерного луча и прижима шарика-электрода к поверхности сформированного слоя с необходимым усилием шарик-электрод установлен на манипуляторе с шестью степенями свободы. Шарик-электрод изготовлен из никеля, для обеспечения лучшей проводимости, в результате чего не происходит нагрев материала сформированного слоя в местах контакта шарика-электрода и сформированного слоя при проскакивании разряда электрического тока. В результате при проскакивании разряда электрического тока от шарика электрода к строительной платформе через сформированные слои и границу раздела слоев, происходит локальный нагрев материала слоев сопрягаемых поверхностей до температуры плавления и как следствие сплавление слоев. В результате такого воздействия происходит повышение межслойной когезионной прочности не только вдоль направления формирования детали, но и вдоль направления формирования слоя, и как следствие повышение физико-механических свойств детали, а также получение детали обладающих изотропией физико-механических свойств.
На фиг. 1 изображена установка для получения детали из металлического порошкового материала, которая состоит из камеры 1, в верхней части которой установлены оптическая система 2 и механизм лазерной обработки 3. В нижней части камеры 1 размещена станина 4, с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, которая содержит ролик 5, два контейнера для сбора металлического порошкового материала 6 и два питателя для подачи металлического порошкового материала 7 и строительной платформой 8. При этом строительная платформа 8 выполнена с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями для подачи металлического порошкового материала 7 системы осаждения металлического порошкового материала. С одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала 6 дополнительно установлен манипулятор 9 со встроенным шариком-электродом 10, подключенным к первому контакту 11 дополнительно установленного на станине 4 трансформатора 12, а второй контакт 11 трансформатора 12 подведен к строительной платформе 8.
Установка для получения детали из металлического порошкового материала работает следующим образом: отпускают строительную платформу 8 на величину формируемого слоя, на которую при помощи ролика 5 доставляют металлический порошковый материал из питателя для подачи металлического порошкового материала 7, где его выравнивают и уплотняют, а излишки металлического порошкового материала, оставшиеся при формировании слоя на строительной платформе 8, при помощи ролика 5 транспортируют в контейнер для сбора металлического порошкового материала 6. После чего генерируют лазерный луч в механизме лазерной обработки 3, который направляют в оптическую систему 2, далее при помощи луча по заданной траектории осуществляют сплавления металлического Порошкового материала и формирование контура детали на первом слое.
После начинают нанесение второго слоя - отпускают строительную платформу 8 на величину второго формируемого слоя, на которую при помощи ролика 5 доставляют металлический порошковый материал из питателя для подачи металлического порошкового материала 7, где его выравнивают и уплотняют, а излишки металлического порошкового материала, оставшиеся при формировании слоя на строительной платформе 8, при помощи ролика 5 транспортируют в контейнер для сбора металлического порошкового материала 6. После чего генерируют лазерный луч в механизме лазерной обработки 3, который направляют в оптическую систему 2, далее при помощи луча по заданной траектории осуществляют сплавления металлического порошкового материала и формирование контура детали на втором слое. После обработки второго слоя лазерным лучом, при помощи трансформатора 12 генерируют разряд электрического тока, который пропускают по контактам 11 от шарика-электрода 10 к строительной платформе 8 через слои формируемой детали и второй слой дополнительно подвергают обработке шариком электродом 10, закрепленном в манипуляторе 9, которые повторяют траекторию движения лазерного луча.
Формирование третьего и последующих слоев детали осуществляют аналогично технологии нанесения и обработки второго слоя.
Claims (1)
- Установка для получения детали из металлического порошкового материала, содержащая камеру, в верхней части которой установлены оптическая система и механизм лазерной обработки, а в нижней части размещена станина с расположенными на ней системой осаждения металлического порошкового материала, содержащей ролик, два контейнера для сбора металлического порошкового материала и два питателя для подачи металлического порошкового материала, и строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении и расположенной между питателями системы осаждения металлического порошкового материала, отличающаяся тем, что с одной стороны одного из контейнеров для сбора металлического порошкового материала дополнительно установлен манипулятор со встроенным шариком-электродом, подключенным к первому контакту дополнительно установленного на станине трансформатора, второй контакт которого подведен к строительной платформе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134454A RU2691469C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134454A RU2691469C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691469C1 true RU2691469C1 (ru) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018134454A RU2691469C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691469C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104135C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1998-02-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Устройство для лазерной наплавки |
| US20090206065A1 (en) * | 2006-06-20 | 2009-08-20 | Jean-Pierre Kruth | Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing |
| RU86512U1 (ru) * | 2009-01-23 | 2009-09-10 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза |
| RU2550670C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-05-10 | Рустем Халимович Ганцев | Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления |
| WO2018128827A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for controlling microstructure of additively manufactured components |
-
2018
- 2018-09-28 RU RU2018134454A patent/RU2691469C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104135C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1998-02-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Устройство для лазерной наплавки |
| US20090206065A1 (en) * | 2006-06-20 | 2009-08-20 | Jean-Pierre Kruth | Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing |
| RU86512U1 (ru) * | 2009-01-23 | 2009-09-10 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза |
| RU2550670C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-05-10 | Рустем Халимович Ганцев | Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления |
| WO2018128827A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for controlling microstructure of additively manufactured components |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10926336B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| CN110918996B (zh) | 一种三维打印方法及三维打印设备 | |
| EP3536423B1 (en) | Method and device for producing three-dimensional objects | |
| US9452489B2 (en) | Machine and method for additive manufacturing | |
| US20170008126A1 (en) | An additive manufacturing system with a multi-energy beam gun and method of operation | |
| KR20160102489A (ko) | 첨가식 제조 장치 및 이를 작동시키기 위한 방법 | |
| JP2015193883A (ja) | ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法 | |
| CN108607992B (zh) | 基于预置金属粉末的微束电弧选择性熔凝增材制造方法 | |
| CN108687345B (zh) | 一种3d打印方法 | |
| KR102089021B1 (ko) | 내식성, 도전성, 성형성이 뛰어난 고체 고분자형 연료 전지용 세퍼레이터 재료 및 그 제조 방법 | |
| US11097350B2 (en) | Pre-fusion laser sintering for metal powder stabilization during additive manufacturing | |
| EA038739B1 (ru) | Способ регулирования точности позиционирования проволоки в дуге | |
| TW201742742A (zh) | 三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法 | |
| KR101726833B1 (ko) | 플라즈마 전자빔을 이용한 철계·비철계 제품 쾌속 생산공정 | |
| JP6952758B2 (ja) | Ｍｉｇ金属溶接用のコンタクトチップ組立体 | |
| RU2691469C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| RU2691468C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| EP3517276B1 (en) | Method for additively manufacturing a three-dimensional object | |
| KR102157874B1 (ko) | 플라즈마 전자빔을 이용한 금속 적층 제조 공정용 분말공급장치 | |
| EP3147067A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur herstellung und/oder reparatur von, insbesondere rotationssymmetrischen, bauteilen | |
| EP3363564B1 (en) | Electrically discharging particles by increasing inter-particle conductivity | |
| RU2702532C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| KR102308069B1 (ko) | 금속 용접을 위한 유체-냉각식 접촉 팁 조립체 | |
| KR20190036913A (ko) | 플라즈마 전자빔을 이용한 금속분말을 예열 및 소결층 생성 공정 | |
| CN115135485B (zh) | 粉末床的预热 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200929 |