RU2709694C1 - Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава - Google Patents
Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709694C1 RU2709694C1 RU2018139581A RU2018139581A RU2709694C1 RU 2709694 C1 RU2709694 C1 RU 2709694C1 RU 2018139581 A RU2018139581 A RU 2018139581A RU 2018139581 A RU2018139581 A RU 2018139581A RU 2709694 C1 RU2709694 C1 RU 2709694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser radiation
- layer
- laser
- powder
- billet
- Prior art date
Links
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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- 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
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- 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
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения. Послойное наплавление слоев заготовки из порошка ведут в заполненной аргоном до избыточного давления герметичной рабочей камере. Лазерное излучение осциллируют с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой 300-1000 Гц и амплитудой 0,5-5 мм. Мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам в диапазоне 0,3-5 кВт и обеспечивают линейную скорость перемещения осциллированного лазерного излучения в диапазоне 5-50 мм/сек. Обеспечивается повышение качества формирования наплавляемых слоев. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области аддитивного производства и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении сложных 3х-мерных изделий из титановых сплавов методом прямого лазерного выращивания.
Известен "Способ формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев" патент РФ №2321678 от 10.04.2008, относящийся к способам изготовления 3-х мерных изделий посредствам технологии лазерной наплавки или прямого лазерного выращивания. Суть способа заключается в генерации лазерного излучения, направление его в зону выращивания и подаче в зону его воздействия металлического порошка. Постоянство геометрических размеров изделия обеспечивается варьированием мощности генерируемого в зону воздействия лазерного излучения таким образом, чтобы ванна расплава сохраняла свою геометрию.
В патенте РФ №2228243 "Способ и устройство для лазерной наплавки" от 10.05.2004 описана система автоматического регулирования послойной наплавки материала, содержащая лазер с возможностью регулирования мощности его излучения, средство подачи материала в ванну расплава для его плавления лазерным излучением для получения слоя наплавленного материала с заданной геометрией; системы контроля геометрии наплавляемого валика на базе оптоэлектрического чувствительного элемента и системы обратной связи, обеспечивающей автоматическое регулирование скорости процесса наплавки. Датчик системы контроля оснащен узкополосным фильтром, пропускающим отраженное от наплавленного покрытия излучение.
Недостатками данных способов является использование лазерного излучения с гауссовым распределением в поперечном сечении.
В качестве прототипа выбран патент РФ №151056 на «Устройство для лазерного спекания порошка» от 11.09.2014.
В нем приведено устройство, содержащее лазер и средство фокусирования, и средство относительного перемещения лазерного луча и поверхности спекаемого порошка, дополнительно снабжено оптической системой колебаний лазерного луча, предназначенной для последовательной установки между средством фокусирования и средством относительного перемещения. При реализации метода спекания на данном устройстве совершаются колебательные перемещения лазерного луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям, нормальным к оси лазерного луча, которые контролируются системой управления процесса спекания, подключенной к оптической системе колебаний, выполненной в виде, в частном случае - плоского зеркала или призмы.
Недостатком метода, реализуемого на данном устройстве, является необходимость в большом количестве используемого порошка при подготовке слоя перед его спеканием во время создания изделия. Это повышает стоимость его изготовления. Мощность лазерного излучения в процессе колебания луча не меняется в разных местах обработки, это сказывается на качестве формирования слоев изделия, либо требует использования дополнительных поддерживающих опор.
Техническим результатом является изготовление 3х-мерной высокоточной заготовки из порошка титанового сплава с использованием способа прямого лазерного выращивания с повышением качеств формирования наплавляемых слоев.
Для решения задачи предложен способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава.
3D-модель изделия разбивают на слои в программном обеспечении или задают контур изделия вручную с пульта оператора, фокусируют лазерное излучение требуемой мощности в зону обработки с помощью оптической системы лазерной головки, металлический порошок подают в зону воздействия лазерного излучения (коаксиально или не коаксиально оптической оси лазерного излучения), рабочую герметичную камеру заполняют инертным газом - аргоном высшего сорта до избыточного давления, изменяют распределение лазерного излучения с использованием осциллирования лазерного излучения, мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам.
Поставленная задача в заявляемом способе решается посредством послойного компьютерного разбиения модели изделия с шагом от 0,1 мм до 1 мм, заполнением объема рабочей герметичной камеры до избыточного давления 15 мБар, генерации лазерного излучения мощностью от 0,3 кВт до 5,0 кВт и его транспортировки в оптическую систему лазерной головки по транспортному волокну, фокусировки лазерного излучения с диаметром пятна на поверхности выращиваемой заготовки от 0,6 мм до 5 мм и осцилляции лазерного излучения с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой от 300 Гц до 1000 Гц и амплитудой от 0,5 мм до 5 мм в зону взаимодействия с металлическим порошком (титановый сплав), подаваемым локально. Лазерная головка перемещается относительно заготовки по требуемой траектории со скоростью от 5 мм/сек до 50 мм/сек. Далее с использованием данных 3D-модели или данных программы, внесенных оператором вручную, высокоточную заготовку выращивают послойно.
Диапазоны варьирования параметров режима обусловлены следующим:
Техническим результатом заявляемого решения является изменение распределения лазерного излучения в поперечном сечении с гауссова – фиг. 1 а до равномерного. При этом при прямом лазерном выращивании высокоточной заготовки в процессе осцилляции из-за инерции компонентов модуля колебаний лазерное излучение воздействует на крайнюю область выращиваемой поверхности дольше по сравнению с промежуточной областью, обеспечивая больший вклад энергии по краям наплавляемого слоя – фиг. 1 б. В результате при прямом лазерном выращивании точных заготовок обеспечивается качественное сплавление слоев, образуя стенку с требуемой шероховатостью – фиг. 1 г, также увеличивается коэффициент захвата металлического порошка и производительность процесса выращивания. В случае же гауссова распределения (без осцилляции лазерного излучения) в процессе выращивания слои не сплавляются по краям из-за недостаточной мощности лазерного излучения, что влечет образование стенки с высоким значением шероховатости – фиг. 1 в снижение коэффициента захвата металлического порошка и производительности процесса прямого лазерного выращивания.
Claims (1)
- Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава, включающий послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения, отличающийся тем, что послойное наплавление слоев заготовки из порошка ведут в заполненной аргоном до избыточного давления герметичной рабочей камере, при этом лазерное излучение осциллируют с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой 300-1000 Гц и амплитудой 0,5-5 мм, причем мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам в диапазоне 0,3-5 кВт и обеспечивают линейную скорость перемещения осциллированного лазерного излучения в диапазоне 5-50 мм/сек.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139581A RU2709694C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139581A RU2709694C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709694C1 true RU2709694C1 (ru) | 2019-12-19 |
Family
ID=69006632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018139581A RU2709694C1 (ru) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709694C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502588C2 (ru) * | 2011-04-05 | 2013-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью Вятское машиностроительное предприятие "Лазерная техника и технологии" | Способ импульсной лазерной наплавки металлов |
RU151056U1 (ru) * | 2014-09-11 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания порошка |
RU158542U1 (ru) * | 2015-08-10 | 2016-01-10 | Игорь Александрович Зябрев | Установка для лазерно-вибрационной наплавки |
WO2016152023A1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-29 | National University Corporation Nagoya University | Composite fine structure and method for producing same |
US20170129012A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Seiko Epson Corporation | Manufacturing method for three-dimensional structure and manufacturing apparatus therefor |
RU2015147740A (ru) * | 2015-11-09 | 2017-05-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные лазерные и сварочные технологии" | Способ прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошков |
EP3196001A1 (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-26 | Rolls-Royce plc | Improvements in additive layer manufacturing methods |
RU2669953C1 (ru) * | 2017-08-29 | 2018-10-17 | Публичное акционерное общество "Региональный инжиниринговый центр промышленных лазерных технологий "КАИ - Лазер" | Устройство для гибридного лазерно-акустического создания функционально-градиентного материала |
-
2018
- 2018-11-08 RU RU2018139581A patent/RU2709694C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502588C2 (ru) * | 2011-04-05 | 2013-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью Вятское машиностроительное предприятие "Лазерная техника и технологии" | Способ импульсной лазерной наплавки металлов |
RU151056U1 (ru) * | 2014-09-11 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания порошка |
WO2016152023A1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-29 | National University Corporation Nagoya University | Composite fine structure and method for producing same |
RU158542U1 (ru) * | 2015-08-10 | 2016-01-10 | Игорь Александрович Зябрев | Установка для лазерно-вибрационной наплавки |
US20170129012A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Seiko Epson Corporation | Manufacturing method for three-dimensional structure and manufacturing apparatus therefor |
RU2015147740A (ru) * | 2015-11-09 | 2017-05-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные лазерные и сварочные технологии" | Способ прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошков |
EP3196001A1 (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-26 | Rolls-Royce plc | Improvements in additive layer manufacturing methods |
RU2669953C1 (ru) * | 2017-08-29 | 2018-10-17 | Публичное акционерное общество "Региональный инжиниринговый центр промышленных лазерных технологий "КАИ - Лазер" | Устройство для гибридного лазерно-акустического создания функционально-градиентного материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mumtaz et al. | Top surface and side roughness of Inconel 625 parts processed using selective laser melting | |
KR102359288B1 (ko) | 광빔을 사용하는 적층 제조를 위한 방법 및 시스템 | |
JP6594861B2 (ja) | ディザリング可能なレーザー処理システム | |
US20170326867A1 (en) | Hybrid micro-manufacturing | |
JP2006511710A (ja) | 三次元製品の製造装置及び製造方法 | |
JP2006510806A (ja) | 三次元製品の製造装置及び製造方法 | |
KR20120128171A (ko) | 금속 분말을 적층 레이저 용접 방식의 3차원인쇄 | |
US6710280B2 (en) | Focusing optics for adaptive deposition in rapid manufacturing | |
Boddu et al. | Control of laser cladding for rapid prototyping--A review | |
RU2669953C1 (ru) | Устройство для гибридного лазерно-акустического создания функционально-градиентного материала | |
RU2709694C1 (ru) | Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава | |
RU152433U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов | |
US8816239B2 (en) | Method of manufacturing a component | |
RU165868U1 (ru) | Устройство для получения изделий из порошковых материалов | |
WO2019151913A1 (en) | Method and arrangement for deposition and bonding of a powder material | |
Kumar et al. | Beam based solid deposition process | |
JP2021042451A (ja) | 付加製造装置及び付加製造方法 | |
JP6192677B2 (ja) | 積層造形方法および積層造形装置 | |
Ueda et al. | Intelligent process planning and control of DED (directed energy deposition) for rapid manufacturing | |
RU2733520C1 (ru) | Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания | |
JP7084224B2 (ja) | 3次元造形装置および3次元造形方法 | |
RU2638850C1 (ru) | Способ выращивания монокристалла и устройство для его осуществления | |
RU185518U1 (ru) | Устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании | |
JP2022132234A (ja) | レーザ加工装置の粉末材料供給装置及び粉末材料供給方法 | |
Kovalenko et al. | Laser 3D prototypes forming from metal and ceramic materials |