RU2701436C1

RU2701436C1 - Method of making part from metal powder material

Info

Publication number: RU2701436C1
Application number: RU2018134456A
Authority: RU
Inventors: Эътибар Юсиф Оглы Балаев; Наталья Анатольевна Тихомирова; Жесфина Михайловна Бледнова
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-09-26

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to production of parts from metal powder material using 3D printing technologies. Method of layer-by-layer additive manufacturing of part includes production of first layer by application of metal powder material on platform and laser treatment, obtaining second and subsequent layers by applying metal powder material on first and previous layers, respectively, and laser treatment thereof. Application of metal powder material is performed by means of high-speed gas-flame spraying with angle of sputtering of 45–60° at distance of 20–30 cm with movement of gas-jet jet contact spot at speed of 5–10 mm/s. Treatment of metal powder material in each layer with a laser is carried out in two stages, on the first of which the part layer outline is annealed, and at second – processing horizontal inner surface of part layer contour with pitch equal to 1–2 thickness of layer.

EFFECT: higher cohesion strength of part along direction of formation of layers, as well as surface cleanliness and accuracy of dimensions and shape of obtained part.

1 cl, 1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу изготовления деталей из металлического порошкового материала с применением технологий 3D-печати.The invention relates to a method for manufacturing parts from metal powder material using 3D printing technology.

Известен способ изготовления детали послойным лазерным сплавлением металлического порошкового материала, включающий лазерное сплавление указанного порошка в инертной среде с получением слоя детали и ротационную сварку фением каждого слоя, которая обеспечивает формирование нанокристаллической решетки металла с высокой прочностью и пластичностью и отсутствием трещин (CN 104404509 А, 11.03.2015).A known method of manufacturing a part by layer-by-layer laser fusion of a metal powder material, including laser fusion of the specified powder in an inert medium to obtain a part layer and rotational phenol welding of each layer, which provides the formation of a nanocrystalline metal lattice with high strength and ductility and no cracks (CN 104404509 A, 11.03 .2015).

Недостатком данного способа является низкая плотность порошка формируемого слоя перед лазерным сплавлением, так как усилия ролика недостаточны для получения высокой плотности слоя порошкового материала, что является причиной низких физико-механических свойств получаемых после лазерного сплавления, как слоя детали, так и детали в целом. Также в результате сплавления получаемая деталь имеет низкую чистоту поверхности и точность размеров и формы детали, что обусловлено тем, что частицы порошкового материала необходимые для формирования слоя детали нагреваясь до температуры плавления, сплавляются со всеми соседними частицами вне зависимости необходимы ли они для формирования слоя детали или нет; Недостатком данного способа также является низкие прочностные свойства детали в направлении, перпендикулярном плоскости сформированных слоев. Детали, полученные данным способом, имеют анизотропию, выражающуюся в том, что когезионная прочность вдоль направления формирования детали ниже, чем в ее поперечном направлении.The disadvantage of this method is the low density of the powder of the formed layer before laser alloying, since the efforts of the roller are insufficient to obtain a high density of the layer of powder material, which is the reason for the low physical and mechanical properties obtained after laser alloying, both the part layer and the part as a whole. Also, as a result of fusion, the resulting part has a low surface cleanliness and accuracy of the dimensions and shape of the part, which is due to the fact that the particles of the powder material necessary for forming the layer of the part when heated to the melting temperature are fused with all neighboring particles, regardless of whether they are necessary to form the layer of the part or no; The disadvantage of this method is the low strength properties of the part in the direction perpendicular to the plane of the formed layers. Parts obtained by this method have anisotropy, expressed in that the cohesive strength along the direction of formation of the part is lower than in its transverse direction.

Известен способ изготовления изделия или детали в соответствии с трехмерной моделью готового изделия путем осаждения слоев металлического материала в виде порошка без связующих или флюсов, включающий полное расплавление металлического порошка в защитной атмосфере газа по толщине слоя при воздействии лазерного луча, при этом лазерный луч проходит по заданной области порошка несколько раз так, что каждый проход перекрывает предыдущий (US 6215093 В1, 10.04.2001).A known method of manufacturing a product or part in accordance with a three-dimensional model of the finished product by deposition of layers of a metal material in the form of a powder without binders or fluxes, including the complete melting of the metal powder in a protective atmosphere of gas through the thickness of the layer when exposed to a laser beam, while the laser beam passes through a given area of the powder several times so that each passage overlaps the previous one (US 6215093 B1, 04/10/2001).

Недостатком данного способа является низкая плотность порошка формируемого слоя перед лазерным сплавлением, так как усилия ролика недостаточны для получения высокой плотности слоя порошкового материала, что является причиной низких физико-механических свойств получаемых после лазерного сплавления, как слоя детали, так и детали в целом. Также в результате сплавления получаемая деталь имеет низкую чистоту поверхности и точность размеров и формы детали, что обусловлено тем что частицы порошкового материала необходимые для формирования слоя детали нагреваясь до температуры плавления, сплавляются со всеми соседними частицами вне зависимости необходимы ли они для формирования слоя детали или нет. Недостатком данного способа также является низкие прочностные свойства детали в направлении, перпендикулярном плоскости сформированных слоев. Детали, полученные данным способом, имеют анизотропию, выражающуюся в том, что когезионная прочность вдоль направления формирования детали ниже, чем в ее поперечном направлении.The disadvantage of this method is the low density of the powder of the formed layer before laser alloying, since the efforts of the roller are insufficient to obtain a high density of the layer of powder material, which is the reason for the low physical and mechanical properties obtained after laser alloying, both the part layer and the part as a whole. Also, as a result of fusion, the resulting part has a low surface cleanliness and accuracy of the dimensions and shape of the part, which is due to the fact that the powder material particles necessary for forming the part layer when heated to the melting temperature are fused with all neighboring particles, regardless of whether they are necessary to form the part layer or not . The disadvantage of this method is the low strength properties of the part in the direction perpendicular to the plane of the formed layers. Parts obtained by this method have anisotropy, expressed in that the cohesive strength along the direction of formation of the part is lower than in its transverse direction.

Прототипом изобретения является способ изготовления детали из металлического порошкового материала, включающий послойное аддитивное наращивание детали, в котором первый слой получают путем нанесения металлического порошкового материала на платформу, его выравнивания, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, а второй и последующие слои путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно, их выравнивание, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, при этом после нанесения всех слоев проводят горячее изостатическое прессование в среде аргона и термическую обработку полученной детали (US 2014034626 А1, 06.02.2014).The prototype of the invention is a method of manufacturing a part from a metal powder material, including layer-by-layer additive build-up of the part, in which the first layer is obtained by applying the metal powder material to the platform, leveling it, compacting and laser processing in increments of 1-2 layer thicknesses, and the second and subsequent layers by applying metallic powder material to the first and previous layers, respectively, their alignment, compaction and laser processing in increments of 1-2 layer thicknesses, When this after the application of all layers is carried out hot isostatic pressing in argon and heat treating the obtained items (US 2014034626 A1, 02.06.2014).

Недостатком данного способа является низкая плотность порошка формируемого слоя перед лазерным сплавлением, так как усилия ролика недостаточны для получения высокой плотности слоя порошкового материала, что является причиной низких физико-механических свойств получаемых после лазерного сплавления, как слоя детали, так и детали в целом. Также в результате сплавления получаемая деталь имеет низкую чистоту поверхности и точность размеров и формы детали, что обусловлено тем, что частицы порошкового материала, необходимые для формирования слоя детали, нагреваясь до температуры плавления, сплавляются со всеми соседними частицами вне зависимости необходимы ли они для формирования слоя детали или нет. Недостатком данного способа также является низкие прочностные свойства детали в направлении, перпендикулярном плоскости сформированных слоев. Детали, полученные данным способом, имеют анизотропию, выражающуюся в том, что когезионная прочность вдоль направления формирования детали ниже, чем в ее поперечном направлении. При этом проводимые после изготовления детали горячее изостатическое прессование в среде аргона и термическая обработка позволяют сделать получаемую деталь изотропной, но при этом значительно снижаются физико-механические характеристики во всех направлениях.The disadvantage of this method is the low density of the powder of the formed layer before laser alloying, since the efforts of the roller are insufficient to obtain a high density of the layer of powder material, which is the reason for the low physical and mechanical properties obtained after laser alloying, both the part layer and the part as a whole. Also, as a result of fusion, the resulting part has a low surface cleanliness and accuracy of the dimensions and shape of the part, which is due to the fact that the powder material particles necessary for forming the part layer, heating to the melting temperature, are fused with all neighboring particles, regardless of whether they are necessary for the formation of the layer details or not. The disadvantage of this method is the low strength properties of the part in the direction perpendicular to the plane of the formed layers. Parts obtained by this method have anisotropy, expressed in that the cohesive strength along the direction of formation of the part is lower than in its transverse direction. Moreover, the hot isostatic pressing carried out after production of the part in argon medium and heat treatment allow making the resulting part isotropic, but at the same time the physical and mechanical characteristics in all directions are significantly reduced.

Задачей изобретения является усовершенствование способа изготовления детали из металлического порошкового материала путем послойного аддитивного наращивания, обеспечивающее повышение физико-механических свойств детали и повышение точности ее геометрических характеристик.The objective of the invention is to improve the method of manufacturing parts from metal powder material by layer-by-layer additive building, providing an increase in the physicomechanical properties of the part and increasing the accuracy of its geometric characteristics.

Техническим результатом является повышение когезионной прочности детали вдоль направления формирования слоев, а также чистоты поверхности и точности размеров и формы получаемой детали.The technical result is to increase the cohesive strength of the part along the direction of formation of the layers, as well as the surface cleanliness and the accuracy of the size and shape of the resulting part.

Технический результат достигается тем, что способ послойного аддитивного изготовления детали из металлического порошкового материала, включает получение первого слоя путем нанесения металлического порошкового материала на платформу и обработки его лазером, получение второго и последующих слоев путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно и обработки лазером, при этом нанесение металлического порошкового материала осуществляют путем высокоскоростного газопламенного напыления с утлом напыления 45-60° на расстоянии 20-30 см с перемещением пятна контакта газопламенной струи со скоростью 5-10 мм/сек, а обработку металлического порошкового материала в каждом слое лазером осуществляют в два этапа, на первом из которых выжигают контур слоя детали, а на втором - обрабатывают внутреннюю горизонтальную поверхность контура слоя детали с шагом равным 1-2 толщины слоя.The technical result is achieved by the fact that the method of layer-by-layer additive manufacturing of a part from metal powder material involves obtaining the first layer by applying metal powder material to the platform and processing it with a laser, obtaining the second and subsequent layers by applying metal powder material to the first and previous layers, respectively, and processing laser, while the deposition of metal powder material is carried out by high-speed flame spraying with by spraying with a fragility of 45-60 ° at a distance of 20-30 cm with moving the contact spot of the flame jet at a speed of 5-10 mm / s, and the processing of metal powder material in each layer with a laser is carried out in two stages, the first of which burns the contour of the part layer, and on the second - they process the inner horizontal surface of the contour of the layer of the part with a step equal to 1-2 layer thickness.

При формировании детали путем послойного аддитивного наращивания на когезионную прочность вдоль направления формирования слоев, а также на чистоту поверхности, точность размеров и форм получаемой детали, влияет плотность слоя, нанесенного на платформу, а также последующих слоев порошкового материала. порошковый металлический материал которых перед сплавлением лазером, переносят роликом, выравнивают и уплотняют.When forming a part by layer-by-layer additive build-up, cohesive strength along the direction of layer formation, as well as surface cleanliness, accuracy of the sizes and shapes of the resulting part, are affected by the density of the layer deposited on the platform, as well as subsequent layers of powder material. powder metal material which before fusion with a laser is transferred by a roller, leveled and compacted.

Однако усилий прикладываемых роликом недостаточно для значительного увеличения плотности, и как следствие уменьшенияHowever, the efforts exerted by the roller are not enough to significantly increase the density, and as a result, reduce

пористости. Таким образом при низких значениях плотности формируемых первого и последующих слоев снижается эффективность обработки лазером, в виду неравномерности нагрева частиц металлического порошкового материала по высоте из-за наличия большого количества пор, т.е. нагрев частиц, находящихся ниже поверхности формируемого слоя снижается, по сравнению с поверхностными частицами. В результате происходит неполное оплавление глубинных частиц, что приводит к снижению физико-механических характеристик получаемой детали, в частности к снижению когезионной прочности вдоль направления формирования детали. В свою очередь повышение мощности лазерного луча воздействующего на поверхность формируемого слоя приводит к выгоранию поверхностных частиц, что значительно ухудшает геометрические и физико-механические характеристики получаемой детали или вообще не позволяет получить деталь данным: способом. porosity. Thus, at low densities of the first and subsequent layers formed, the laser processing efficiency decreases, due to the uneven heating of the particles of the metal powder material in height due to the presence of a large number of pores, i.e. the heating of particles below the surface of the formed layer is reduced compared to surface particles. As a result, incomplete fusion of the deep particles occurs, which leads to a decrease in the physicomechanical characteristics of the obtained part, in particular, to a decrease in cohesive strength along the direction of formation of the part. In turn, increasing the power of the laser beam acting on the surface of the formed layer leads to the burning of surface particles, which significantly degrades the geometric and physico-mechanical characteristics of the resulting part or does not allow the part to be obtained using this method.

Обработка лазером первого и последующего слоев перенесенных, выровненных и уплотненных роликом, за счет сплавления частиц металлического порошкового материала и заполнения им пространства пор, проводит к усадке формируемых слоев.Laser treatment of the first and subsequent layers of the transferred, aligned and sealed roller, due to the fusion of particles of the metal powder material and filling it with a pore space, leads to shrinkage of the formed layers.

При этом сплавление частиц, расположенных на внутренней поверхности формируемого слоя, способствует снижению точности геометрических размеров вдоль направления формирования детали и снижению чистоты поверхности. А при оплавлении частиц металлического порошкового материала по периметру контура формируемого слоя происходит сплавление частиц формируемого слоя с частицами, выходящими за контур формируемого слоя детали, что снижает точность геометрических размеров в направлении перпендикулярном направлению формирования детали и чистоту поверхности.Moreover, the fusion of particles located on the inner surface of the formed layer helps to reduce the accuracy of geometric dimensions along the direction of formation of the part and to reduce the surface cleanliness. And when particles of metal powder material are melted along the perimeter of the contour of the formed layer, particles of the formed layer are fused with particles extending beyond the contour of the formed layer of the part, which reduces the accuracy of geometric dimensions in the direction perpendicular to the direction of formation of the part and the surface cleanliness.

В связи, с чем нанесение металлического порошкового материала при формировании первого и последующих слоев детали путем высокоскоростного газопламенного напыления с углом напыления 45-60 на расстоянии 20-30 см с перемещением пятна контакта газопламенной струи со скорость 5-10 мм/с обеспечивает их пористость равную 1-2% и плотность сопоставимую с плотностью аналогичного материала полученного металлургическим путем, а также сплавление частиц металлического порошкового материала между собой внутри слоя и между слоями с когезионной прочностью 200 МПа. Изменение технологических параметров не позволит получить желаемый технический результат. Так как увеличение расстояния больше 30 см при любом угле приведет к снижению когезионной прочности, меньше 20 см приведет к перегреву поверхности предыдущих слоев, на которые осуществляют нанесение последующих слоев, что также снижает величину значения когезионной прочности и приводит к возникновению остаточных напряжений, которые ведут к короблению и возникновению трещин. Также диапазон угла напыления 45-60° является оптимальным, так увеличение угла более 60° приведет к увеличению количества частиц отраженных от поверхности, на которую происходит напыления, и как следствие, приводит к увеличению расхода порошкового материала, а также отраженные частицы, сталкиваясь с напыляемыми, снижают кинетическую энергию последних и как следствие, снижают величину значения когезионной прочности. Уменьшение значения угла ниже 45° приведет к увеличению числа отраженных частиц и значительному увеличению продолжительности процесса напыления, а также из-за того что частицы будут врезаться в поверхность, на которую напыляются, по касательной, значительно уменьшится и величина значения когезионной прочности.In this connection, the deposition of metal powder material during the formation of the first and subsequent layers of the part by high-speed flame spraying with a spray angle of 45-60 at a distance of 20-30 cm with the movement of the contact spot of the flame jet at a speed of 5-10 mm / s ensures their porosity equal 1-2% and a density comparable to the density of a similar material obtained metallurgically, as well as the fusion of particles of metallic powder material between each other inside the layer and between layers with cohesive strength 200 MPa. Changing technological parameters will not allow to obtain the desired technical result. Since an increase in the distance of more than 30 cm at any angle will lead to a decrease in cohesive strength, less than 20 cm will lead to overheating of the surface of the previous layers, onto which the subsequent layers are applied, which also reduces the value of the cohesive strength and leads to the appearance of residual stresses that lead to warping and cracking. Also, the range of the spraying angle of 45-60 ° is optimal, since an increase in the angle of more than 60 ° will lead to an increase in the number of particles reflected from the surface on which the spraying takes place, and as a result, leads to an increase in the consumption of powder material, as well as reflected particles, colliding with the sprayed , reduce the kinetic energy of the latter and, as a result, reduce the value of the cohesive strength value. A decrease in the value of the angle below 45 ° will lead to an increase in the number of reflected particles and a significant increase in the duration of the spraying process, as well as due to the fact that the particles will cut into the surface onto which they are sprayed tangentially, the value of the cohesive strength value will also significantly decrease.

В виду того, что нанесение металлического порошкового материала осуществляют путем высокоскоростного газопламенного напыления, снижается пористость нанесенных слоев в результате чего при обработке лазером снижается усадка слоев. Однако при этом возникает необходимость дальнейшей обработки каждого нанесенного слоя формируемой детали лазером в два этапа. После нанесения каждого слоя на первом этапе обработки лазером осуществляют вырезание контура детали, что способствует повышению точности формы (геометрических размеров) и чистоты поверхности слоев детали полученных в результате лазерной обработки, а на втором этапе обработки лазером осуществляют обработку горизонтальной внутренней поверхности полученного слоя детали, в результате происходит досплавление частиц металлического порошкового материала нанесенного слоя, которые в процессе высокоскоростного газопламенного напыления были частично подвергнуты сплавлению, досплавление нанесенного слоя с предыдущим слоем, который в процессе высокоскоростного газопламенного напыления был также частично подвергнуты сплавлению с предыдущим слоемIn view of the fact that the deposition of the metal powder material is carried out by high-speed flame spraying, the porosity of the deposited layers is reduced, as a result of which the shrinkage of the layers is reduced by laser treatment. However, this necessitates further processing of each deposited layer of the formed part with a laser in two stages. After applying each layer at the first stage of laser processing, the contour of the part is cut, which improves the accuracy of the shape (geometric dimensions) and the surface cleanliness of the layers of the part obtained as a result of laser processing, and at the second stage of laser processing, the horizontal inner surface of the obtained layer of the part is processed, As a result, the particles of the metal powder material of the deposited layer are re-alloyed, which during high-speed gas-flame spraying if partially fused, re-fusion of the applied layer with the previous layer, which was also partially fused with the previous layer during high-speed flame spraying

Обработка лазером горизонтальной внутренней поверхности полученного слоя детали характеризуется высокой степенью эффективности. Это обусловлено тем, что формирование каждого слоя из металлического порошкового материала осуществляют высокоскоростным газопламенным напылением, способствующим снижению пористости, что при дальнейшей обработке лазером внутренней горизонтальной поверхности слоя обеспечивает равномерность нагрева по всей толщине слоя, что повышает когезионную прочность частиц металлического порошкового материала между собой внутри слоя и между слоями. А снижение усадки во время обработки лазером горизонтальной внутренней поверхности полученного слоя детали обеспечивает точность формы (геометрических размеров) и чистоты обрабатываемой поверхности.Laser processing of the horizontal inner surface of the obtained layer of the part is characterized by a high degree of efficiency. This is due to the fact that the formation of each layer of metal powder material is carried out by high-speed flame spraying, which reduces porosity, which, when laser is further processed by the inner horizontal surface of the layer, ensures uniform heating throughout the entire thickness of the layer, which increases the cohesive strength of the particles of metal powder material between themselves inside the layer and between layers. A reduction in shrinkage during laser processing of the horizontal inner surface of the obtained layer of the part ensures the accuracy of the shape (geometric dimensions) and the purity of the processed surface.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков позволяет изготовить деталь из металлического порошкового материала путем послойного аддитивного наращивания, характеризующуюся высокими физико-механическими свойствами и высокой точностью ее геометрических характеристик, за счет повышения когезионной прочности детали вдоль направления формирования слоев, а также чистоты поверхности и точности размеров и формы получаемой детали.Thus, the totality of the proposed features makes it possible to manufacture a part from a metal powder material by layer-by-layer additive build-up, characterized by high physical and mechanical properties and high accuracy of its geometric characteristics, by increasing the cohesive strength of the part along the direction of layer formation, as well as surface cleanliness and dimensional accuracy and forms of the received part.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в рабочей зоне 3D-принтера (Фиг. 1) строительную платформу 1 отпускают на величину формируемого первого слоя 2 после чего осуществляют напыление на строительную платформу 1 металлического порошкового материала методом высокоскоростного газопламенного напыления. После чего в лазере 4 генерируют луч 5, который поступает на сканирующее устройство 6, которое направляет луч 5 по заданной программе в зону формирования детали, вырезая на первом этапе контур слоя детали в первом слое 2 и сплавляя на втором этапе металлический порошковый материал на горизонтальной внутренней поверхности слоя детали первого слоя 2. Обработка лазерным лучом 5 происходит с шагом равным 1-2 толщины слоя. После чего формируют второй слой 3, для этого строительную платформу 1 отпускают на величину формируемого слоя второго слоя 3. После чего осуществляют напыление металлического порошкового материала методом высокоскоростного газопламенного напыления поверх сформированного первого слоя 2. После чего в лазере 4 генерируют луч 5, который поступает в сканирующее устройства 6, направляющее луч 5 по заданной программе в зону формирования детали. При этом луч 5 лазера 4 вырезает на первом этапе контур слоя детали во втором слое 3 и оплавляет на втором этапе металлический порошковый материал внутри контура слоя детали второго слоя 3. Нанесение третьего и последующего слоев осуществляют аналогично технологии нанесения второго слоя детали.The essence of the proposed method lies in the fact that in the working area of the 3D printer (Fig. 1), the building platform 1 is released by the amount of the first layer 2 being formed, after which metal powder material is sprayed onto the building platform 1 by high-speed flame spraying. After that, a beam 5 is generated in the laser 4, which enters the scanning device 6, which directs the beam 5 according to a predetermined program to the part formation zone, cutting out at the first stage the outline of the part layer in the first layer 2 and fusing the metal powder material in the second stage on the horizontal inner the surface of the layer of the detail of the first layer 2. Processing with a laser beam 5 occurs in increments of 1-2 layer thicknesses. After that, the second layer 3 is formed, for this the building platform 1 is released by the size of the formed layer of the second layer 3. Then, the metal powder material is sprayed by high-speed flame spraying on top of the formed first layer 2. Then, a beam 5 is generated in the laser 4, which enters a scanning device 6, directing the beam 5 according to a predetermined program into the zone of formation of the part. In this case, the beam 5 of the laser 4 cuts out at the first stage the contour of the part layer in the second layer 3 and melts in the second stage metal powder material inside the contour of the part layer of the second layer 3. The third and subsequent layers are applied similarly to the technology for applying the second part layer.

Получаемые после высокоскоростного газопламенного напыления слои перед обработкой лазерным лучом имеют низкую пористость, высокую плотность, начальные значения когезии вдоль сформированного слоя и вдоль направления формирования детали. Это позволяет значительно повысить геометрические и физико-механические характеристики получаемой детали, а формирования контура детали в слое при помощи лазерного вырезания, а не при помощи сплавления лазерным лучом, позволяет повысить чистоту поверхности и геометрические характеристики получаемой детали.The layers obtained after high-speed gas-flame spraying before processing with a laser beam have low porosity, high density, initial cohesion values along the formed layer and along the direction of formation of the part. This allows you to significantly increase the geometric and physico-mechanical characteristics of the resulting part, and the formation of the contour of the part in the layer by laser cutting, rather than by laser beam fusion, allows you to increase the surface cleanliness and geometric characteristics of the resulting part.

Пример.Example.

Были изготовлены при помощи послойного аддитивного наращивания призматические образцы по ГОСТу 1497-84 для испытаний на растяжения с различным направлением формирования слоев образцов, перед испытаниями были измерены шероховатость поверхности и отклонения геометрических размеров от заданных. В качестве материала выбран порошок AlSi10Mg. 18 образцов были получены без применения технологии высокоскоростного газопламенного напыления по 3 образца на каждое направление формирования слоя при этом 9 образцов были получены путем нанесения первого слоя металлического порошкового материала на платформу, его выравнивания, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, а второй и последующие слои путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно, их выравнивание, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, после чего были испытаны. Другие 9 были получены путем нанесения первого слоя металлического порошкового материала на платформу, его выравнивания, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, а второй и последующие слои путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно, их выравнивание, уплотнение и обработку лазером с шагом равным 1-2 толщинам слоя, после нанесения всех слоев было проведено горячее изостатическое прессование в среде аргона и термическая обработка полученной детали.Prismatic samples according to GOST 1497-84 were made using layer-by-layer additive building for tensile tests with different directions of the formation of sample layers, before the tests, surface roughness and deviations of geometric dimensions from the set ones were measured. AlSi10Mg powder was selected as the material. 18 samples were obtained without the use of high-speed flame spraying technology, 3 samples for each direction of layer formation, while 9 samples were obtained by applying the first layer of metal powder material to the platform, leveling it, compacting and laser processing in increments of 1-2 layer thicknesses, and the second and subsequent layers by applying metal powder material to the first and previous layers, respectively, their alignment, compaction and laser processing in increments of 1-2 thicknesses am layer, after which they were tested. The other 9 were obtained by applying the first layer of metal powder material to the platform, leveling it, compacting and laser processing in increments of 1-2 layer thicknesses, and the second and subsequent layers by applying metal powder material to the first and previous layers, respectively, their alignment, compaction and laser treatment in increments of 1-2 layer thicknesses; after applying all the layers, hot isostatic pressing was carried out in argon medium and heat treatment of the obtained part was carried out.

27 призматических образцов, изготовленных по ГОСТу 1497-84, из порошового материала AlSi10Mg были получены путем нанесения первого слоя металлического порошкового материала на платформу при помощи высокоскоростного газопламенного напыления с последующей обработкой лазером, осуществляемую в два этапа. На первом этапе обработки лазером проводили выжигание контура слоя детали, а на втором этапе обработки лазером досплавление частиц металлического порошкового материала внутренней горизонтальной поверхности контура слоя с шагом равным 1-2 толщинам слоя. Нанесение второго слоя металлического порошкового материала осуществляют путем высокоскоростного газопламенного напыления на первый слой с последующей обработкой лазером, осуществляемой в два этапа. На первом этапе обработки лазером проводили выжигание контура слоя детали, а на втором этапе обработки лазером досплавление частиц металлического порошкового материала внутренней горизонтальной поверхности контура слоя и досплавление частиц металлического порошкового материала второго слоя с первым с шагом равным 1-2 толщинам слоя. Нанесение и обработку третьего и последующих слоев осуществляют аналогично нанесению и обработке второго слоя.27 prismatic samples made according to GOST 1497-84 from AlSi10Mg powder material were obtained by applying the first layer of metal powder material to the platform using high-speed flame spraying followed by laser processing, carried out in two stages. At the first stage of laser processing, the contour of the layer of the part was burned, and at the second stage of laser processing, the particles of metallic powder material were re-fused to the inner horizontal surface of the layer contour with a step equal to 1-2 layer thicknesses. The application of the second layer of metal powder material is carried out by high-speed flame spraying on the first layer, followed by laser processing, carried out in two stages. At the first stage of laser processing, the contour of the layer of the part was burned, and at the second stage of laser processing, re-fusion of particles of metallic powder material of the inner horizontal surface of the contour of the layer and re-fusion of particles of metallic powder material of the second layer with the first step equal to 1-2 layer thicknesses. The application and processing of the third and subsequent layers is carried out similarly to the application and processing of the second layer.

Режимы высокоскоростного газопламенного напыления представлены в табл. 1.Modes of high-speed flame spraying are presented in table. one.

По 9 образцов на каждый режим высокоскоростного газопламенного напыления из которых каждые 3 образца на каждое направление формирования слоя. После этого все образцы были подвергнуты испытаниям на разрыв на испытательной машине Instron 8801, шероховатость поверхности определялась при помощи профилографа, профилометра Абрис-ПМ7, геометрические размеры и отклонения определялись при помощи микрометра.9 samples for each mode of high-speed flame spraying of which every 3 samples for each direction of layer formation. After that, all samples were subjected to tensile tests on an Instron 8801 testing machine, surface roughness was determined using a profilograph, Abris-PM7 profilometer, geometric dimensions and deviations were determined using a micrometer.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.The test results are presented in table. 2.

Предложенный способ повышения геометрических, физико-механических характеристик, а также и чистоты поверхности детали, полученной при помощи технологии послойного аддитивного наращивания, обеспечивает за счет повышения плотности слоев на стадии их формирования до обработки их лазером.The proposed method for increasing the geometric, physical and mechanical characteristics, as well as the surface cleanliness of the part obtained using the technology of layer-by-layer additive build-up, provides by increasing the density of the layers at the stage of their formation before processing them with a laser.

Claims

The method of layer-by-layer additive manufacturing of a part from a metal powder material, comprising obtaining a first layer by applying a metal powder material to a platform and laser processing, obtaining a second and subsequent layers by applying a metal powder material to the first and previous layers, respectively, and processing it with a laser, characterized in that applying metal powder material is carried out by high-speed flame spraying with a spray angle of 45-60 ° at At a speed of 20-30 cm with the moving contact spot of the flame jet at a speed of 5-10 mm / s, and the processing of metal powder material in each layer with a laser is carried out in two stages, the first of which burns out the contour of the part layer, and the second processes the horizontal internal the contour surface of the part layer in increments of 1-2 layer thickness.