RU2702532C1 - Установка для получения детали из металлического порошкового материала - Google Patents
Установка для получения детали из металлического порошкового материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702532C1 RU2702532C1 RU2018134451A RU2018134451A RU2702532C1 RU 2702532 C1 RU2702532 C1 RU 2702532C1 RU 2018134451 A RU2018134451 A RU 2018134451A RU 2018134451 A RU2018134451 A RU 2018134451A RU 2702532 C1 RU2702532 C1 RU 2702532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder material
- metal powder
- layer
- construction platform
- layers
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 57
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010289 gas flame spraying Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 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
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- 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
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению детали из металлического порошкового материала. Установка содержит камеру, в верхней части которой установлен механизм лазерной обработки с оптической системой, а в нижней части - станина с расположенной на ней строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении. С одной стороны строительной платформы размещен манипулятор со встроенной горелкой высокоскоростного газопламенного напыления для нанесения слоев детали из металлического порошкового материала на строительную платформу. Строительная платформа выполнена из материала-магнетика для обеспечения фиксации напыленных слоев из металлического порошкового материала, а механизм лазерной обработки выполнен с возможностью вырезания контура детали в слое металлического порошкового материала и оплавления металлического порошкового материала внутри контура детали в слое. Обеспечивается повышение межслойной когезионной прочности, изотропия физико-механических свойств, а также повышение чистоты и точности геометрических форм и размеров получаемой 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 уплотнения слоев при помощи ролика перед лазерной обработкой, зависящей от плотности и пористости формируемого слоя. Низкая плотность и высокая пористость 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. Также в результате низкой плотности и высокой пористости формируемого слоя металлического порошкового материала перед лазерной обработкой приводит усадке слоя при воздействии лазером, что отражается на погрешности формы и размеров, а также на высокой шероховатости получаемой детали.
В качестве прототипа взят патент US №20090206065 А1 опубл. 20.08.2009. Установка для формирования детали 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 данных установок является низкое качество послойного формирования детали, в виду низкой эффективности уплотнения слоев при помощи ролика перед лазерной обработкой, зависящей от плотности и пористости формируемого слоя. Низкая плотность и высокая пористость 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.
При формировании слоя детали посредством ролика происходит уплотнение металлического порошкового материала, однако ввиду недостаточности прилагаемых усилий на ролик, получаемый слой характеризуется невысокой плотностью и высокой пористостью, и дальнейшая лазерная обработка приводит к его усадке, что не позволяет обеспечить необходимую точность геометрических форм и размеров.
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, прочностными свойствами,
Техническим результатом является повышение межслойной когезионной прочности, обеспечение изотропии физико-механических свойств, а также повышение чистоты и точности геометрических форм и размеров получаемой детали.
Технический результат достигается тем, что установка для получения детали из металлического порошкового материала содержит камеру, в верхней части которой установлен механизм лазерной обработки с оптической системой, а в нижней части - станина с расположенной на ней строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении, при этом она содержит размещенный с одной стороны строительной платформы манипулятор со встроенной горелкой высокоскоростного газопламенного напыления для нанесения слоев детали из металлического порошкового материала на строительную платформу, при этом строительная платформа выполнена из материала-магнетика для обеспечения фиксации напыленных слоев из металлического порошкового материала, а механизм лазерной обработки выполнен с возможностью вырезания контура детали в слое металлического порошкового материала и оплавления металлического порошкового материала внутри контура детали в слое.
При формировании детали путем послойного аддитивного наращивания на физико-механические и прочностные свойства формируемой детали влияет плотность, наносимого на платформу, металлического порошкового материала. При выравнивании и уплотнении металлического порошкового материала усилие ролика невелико и не позволяет значительно уменьшить пористость слоя, а при дальнейшей лазерной обработке приводит к усадке формируемого слоя, что снижает точность формирования геометрических форм и размеров формируемой детали. Также при лазерной обработке происходит оплавление частиц металлического порошкового материала вдоль контура формируемого слоя, что также снижает точность формирования геометрических форм и размеров формируемой детали.
В результате воздействия лазера поры снижают эффективность нагрева частиц находящихся ниже, чем поверхностные частицы и чем глубже частицы находятся от поверхности в формируемом слое, тем ниже эффективность воздействия лазера благодаря порам, В результате чего возможно неполное оплавления глубинных частиц, что приводит к сниженным физико-механическим характеристикам получаемой детали в частности речь идет о межслойной когезионной прочности вдоль направления формирования детали. В свою очередь повышение мощности лазерного луча воздействующего на поверхность формируемого слоя может привести к тому что будет происходить выгорание поверхностных частиц, что значительно ухудшит геометрические и физико-механические характеристики получаемой детали или вообще не позволит получить деталь данным способом.
Дополнительная установка с одной стороны строительной платформы манипулятора со встроенной горелкой высокоскоростного газопламенного напыления, сообщенной через шланги посредством блока управления с газовыми баллонами, обеспечит возможность высокоскоростного газопламенного напыления металлического порошкового материала на платформу, выполненную из материала-магнетика, что позволит повысить плотность, получаемого слоя, до его обработки лазером, за счет снижения пористости слоя и сплавления частиц металлического порошкового материала между собой. Таким образом, появляется необходимость не сплавлять частицы по контуру формируемой детали, а вырезать лазерным лучом контур формируемой детали. Дальнейшая обработка вырезанного слоя лазерным лучом повторно способствует оплавлению частиц металлического порошкового материала в сформированном слое, что значительно повысит точность формы (геометрических размеров) и чистоту поверхности получаемых слоев детали и самой детали в целом.
При этом снижение пористости слоев позволяет снизить усадку после обработки лазерным лучом, за счет оплавления частиц порошкового материала вдоль контура формируемого слоя и детали в целом, что повышает точность геометрических форм и размеров получаемой детали.
При этом эффективность оплавления лазером становиться выше благодаря высокой плотности частиц в сформированном слое и, зависящий от глубины, градиент температуры при нагреве поверхности сформированного слоя лазером становиться меньше, да и напыляемые поверх предыдущих слои, уже на этапе напыления имеют начальное значение (когезии) сцепления. Таким образом, за счет повышения когезионной прочности вдоль направления формирования детали, происходит повышение физико-механических свойствах получаемой детали.
Таким образом, необходимо повысить плотность получаемого слоя порошкового материала до его обработки лазером. Для этого предложено предварительно напылять на магнитную платформу металлический порошковый материал методом высокоскоростного газопламенного напыления, который после напыления будет иметь низкую пористость и частицы порошкового материала уже на данном этапе будут сплавлены между собой. Таким образом появляется необходимость не сплавлять частицы по контуру формируемой детали а вырезать лазерным лучом контур формируемой детали, что значительно повысит точность формы (геометрических размеров) и чистоту поверхности получаемых слоев детали и самой детали в целом, после этого происходит обработка вырезанного слоя лазерным лучом повторно оплавляя частицы порошкового материала в сформированном слое, что становиться гораздо эффективнее благодаря сниженной пористости сформированного слоя. А в результате низкой пористости усадка после обработки лазерным лучом становиться значительно ниже, что значительно повышает точность формы (геометрических размеров) получаемой детали и чистоты поверхности. Эффективность оплавления лазером становиться выше благодаря высокой плотности частиц в сформированном слое и градиент температуры при нагреве лазером в зависимости от глубины от поверхности сформированного слоя становиться меньше да и напыляемые слои поверх предыдущих после напыления уже на этапе напыления имеют начальное значение (когезии) сцепления сформированных слоев и напыляемых поверх слоев в результате чего удается значительно повысить физико-механические свойства получаемой детали за счет повышения когезионной прочности вдоль направления формирования детали.
Необходимость использования магнитной платформы обусловлено тем, что в результате напыления на предыдущие слои струя газа может сдвинуть сформированные слои и в таком случае формирование детали становиться невозможным или полученные геометрические характеристики детали не будут соответствовать заданным, поэтому появляется необходимость фиксации формируемых из металлического порошкового материала слоев с определенным значением усилий, которое можно добиться за счет магнитного поля.
На фиг. 1 изображена установка для получения детали из металлического порошкового материала, которая состоит из камеры 1, станины 2 размещенной в камере 1, строительной платформы 3, расположенной в станине 2 с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении, механизма лазерной обработки 5 и оптической системы 4, смонтированных в верхней части камеры 1 таким образом, чтобы оптическая система 4 была расположена над строительной платформой 3. манипулятора 6 установленного на станину 2 имеющего горелку 7 для высокоскоростного газопламенного напыления, которая по средством шлангов 8 через блок управления 9 сообщена с газовыми баллонами 10.
Установка для получения деталей из металлического порошкового материала работает следующим образом: выполненную с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении строительную платформу 3, установленную на станине 2, расположенной в камере 1, отпускают на величину формируемого сдоя.
Затем осуществляют нанесение слой изготавливаемой детали, толщиной равной величине, на которую отпускают строительную платформу 3, путем высокоскоростного газопламенного напыления с помощью горелки 7, в которую металлический порошковый материал доставляют по шлагам 8 посредством блока управления 9, из сообщенных с ним баллонов 10.
После чего в механизме лазерной обработки 5, расположенном в верхней части камеры 1, генерируют лазерный луч, который направляют в оптическую систему 4, расположенную в верхней части камеры 1 над строительной платформой 3. При помощи сгенерированного лазерного луча по заданной программе вырезают контур слоя детали, а затем осуществляют оплавку металлического порошкового материала внутри контура слоя детали. Получение последующих слоев осуществляют аналогичным образом до завершения процесса формирования детали.
Claims (1)
- Установка для получения детали из металлического порошкового материала, содержащая камеру, в верхней части которой установлен механизм лазерной обработки с оптической системой, а в нижней части - станина с расположенной на ней строительной платформой, выполненной с возможностью поступательного перемещения в вертикальном направлении, отличающаяся тем, что она содержит размещенный с одной стороны строительной платформы манипулятор со встроенной горелкой высокоскоростного газопламенного напыления для нанесения слоев детали из металлического порошкового материала на строительную платформу, при этом строительная платформа выполнена из материала-магнетика для обеспечения фиксации напыленных слоев из металлического порошкового материала, а механизм лазерной обработки выполнен с возможностью вырезания контура детали в слое металлического порошкового материала и оплавления металлического порошкового материала внутри контура детали в слое.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134451A RU2702532C1 (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 |
|---|---|---|---|
| RU2018134451A RU2702532C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702532C1 true RU2702532C1 (ru) | 2019-10-08 |
Family
ID=68171060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018134451A RU2702532C1 (ru) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Установка для получения детали из металлического порошкового материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702532C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090047439A1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Withers James C | Method and apparatus for manufacturing porous articles |
| 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 |
| RU2564604C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати изделий |
| RU2657968C1 (ru) * | 2017-10-23 | 2018-06-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания |
-
2018
- 2018-09-28 RU RU2018134451A patent/RU2702532C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US20090047439A1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Withers James C | Method and apparatus for manufacturing porous articles |
| 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 |
| RU2564604C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати изделий |
| RU2657968C1 (ru) * | 2017-10-23 | 2018-06-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3450058B1 (en) | Powder bed re-coater apparatus | |
| US11801633B2 (en) | Apparatuses for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing including a blade feed unit and arm portion | |
| US10926336B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| EP3102389B1 (en) | An additive manufacturing system with a multi-laser beam gun and method of operation | |
| EP2797730B1 (en) | Method and apparatus for detecting defects in freeform fabrication | |
| Fan et al. | Movement of powder bed material during the selective laser sintering of bisphenol‐A polycarbonate | |
| EP2797707B1 (en) | Method and apparatus for manufacturing porous three-dimensional articles | |
| WO2019000523A1 (zh) | 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置 | |
| US20130312928A1 (en) | Method for manufacturing thin-walled structures in layers | |
| KR20180061137A (ko) | 적층 제조에서의 재료 디스펜싱 및 압축 | |
| JP6702936B2 (ja) | タイヤ金型のための部品、特にライニングブレードの粉体ベースの付加製造工程 | |
| CN107914014B (zh) | 一种纯钨金属零件的电子束选区熔化成形方法 | |
| WO2014095200A1 (en) | Additive manufacturing method and apparatus | |
| US10682812B2 (en) | Powder spreader and additive manufacturing apparatus thereof | |
| EP3434396A1 (en) | Pre-fusion laser sintering for metal powder stabilization during additive manufacturing | |
| EP3517276B1 (en) | Method for additively manufacturing a three-dimensional object | |
| RU2691468C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| RU2702532C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| EP3600725B1 (en) | Method and apparatus for forming a three-dimensional article | |
| RU2691469C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| RU2701328C1 (ru) | Установка для получения детали из металлического порошкового материала | |
| RU154761U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов | |
| EP4245442A1 (en) | Method of building additively on a billet substrate | |
| Li et al. | Laser net shape manufacturing of metallic materials with CO2 and fiber laser | |
| WO2005077586A1 (en) | Method of manufacturing three-dimensional products through deposits of successive layers of a wire melted by electron beam |