RU2732252C1 - Способ послойного изготовления объемных изделий - Google Patents

Способ послойного изготовления объемных изделий Download PDF

Info

Publication number
RU2732252C1
RU2732252C1 RU2019124046A RU2019124046A RU2732252C1 RU 2732252 C1 RU2732252 C1 RU 2732252C1 RU 2019124046 A RU2019124046 A RU 2019124046A RU 2019124046 A RU2019124046 A RU 2019124046A RU 2732252 C1 RU2732252 C1 RU 2732252C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
powder
buffer zone
product
article
Prior art date
Application number
RU2019124046A
Other languages
English (en)
Inventor
Леонид Григорьевич Сапрыкин
Дмитрий Леонидович Сапрыкин
Владимир Васильевич Дубовцев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ"
Priority to RU2019124046A priority Critical patent/RU2732252C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2732252C1 publication Critical patent/RU2732252C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55Two or more means for feeding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/62Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к послойному изготовлению объемного изделия из жаропрочного металлического порошка. Способ включает послойную подачу порошка на рабочую поверхность подвижной в вертикальном направлении платформу построения, разравнивание слоя, сплавление лазерным лучом участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия, и вакуумное удаление не сплавленного материала в соответствующий порошку контейнер. После удаления не сплавленного материала в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону путем заполнения пространства порошком из легко сплавляемого материала, по сравнению с материалом изделия, с последующим его разравниванием и сплавлением заданного участка буферной зоны. После изготовления изделия материал буферной зоны удаляют. Материал буферной зоны выбирают из ряда, включающего олово, медь, бронзу, алюминий, водорастворимые соли галогенидов щелочных металлов и указанные соли совместно с порошком материала изготавливаемого изделия. Обеспечивается уменьшение расхода порошка и повышение точности геометрических размеров изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Description

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при послойном изготовлении объемных изделий, преимущественно сложной формы, из дорогостоящих порошковых материалов, например, никелевых жаропрочных сплавов, сплавов на основе кобальта, а также драгоценных металлов.
Известен способ послойного изготовления объемного изделия, включающий послойную подачу, по крайней мере, одного порошка на рабочую поверхность регулируемой платформы построения, разравнивание слоя и сплавление лазерным лучом участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия и удаление не сплавленного материала в соответствующий порошку контейнер [1, 2, 3].
Однако при применении известного технического решения требуется использовать большое количество материала, что приводит к увеличению количества использованного порошка. Это удорожает изготовление изделия, особенно при изготовлении изделий из дорогостоящих порошков, например, кобальта, никеля, драгоценных металлов. Кроме того, при вакуумном удалении излишнего порошка может повреждается поверхность не сплавленных участков предыдущего слоя и при нанесении следующего слоя может нарушаться точность геометрии изделия при его изготовлении.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в уменьшения расхода порошка при одновременном обеспечении точности геометрии изделия при его изготовлении.
Указанный результат достигается за счет того, что в способе послойного изготовления объемного изделия, включающем послойную подачу порошка на рабочую поверхность подвижной в вертикальном направлении платформу построения, разравнивание слоя и сплавление лазерным лучом участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия и вакуумное удаление не сплавленного материала в соответствующий порошку контейнер, после удаления не сплавленного материала, в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону, заполняя пространство порошком из легко сплавляемого материала, по сравнению с материалом изделия, с последующем его разравниванием и сплавлением заданного участка буферной зоны, причем после изготовления изделия материал буферной зоны удаляют. В качестве удаляемого материала буферной зоны может быть используют олово.
В качестве удаляемого материала буферной зоны также могут быть совместно используемые водорастворимая соль галогенида щелочного металла и порошок материала изготавливаемого изделия, причем сплавление материала буферной зоны ведут с температурой, превышающей точку плавления соли галогенида щелочного металла и меньшей точки плавления материала изготавливаемого изделия, при этом порошок материала изготавливаемого изделия для получения буферной зоны может быть предварительно плакирован солью галогенида щелочного металла.
Пример выполнения заявляемых технических решений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено заявляемое устройство, на фиг. 2 - вид А.
Устройство снабжено лазерно-оптическое устройством 1, камерой построения 2 с системой 3 поддержания в камере рабочей среды, соединенной со стойкой 4 платформой 5 построения с приводом 6 ее вертикального перемещения, устройствами 7, 8 соответственно подачи порошка и устройством 9 разравнивания слоя порошка на платформе 5 построения (ракелем), вакуумным устройством 10 удаления не сплавленного порошка из каждого слоя,, корзиной 11 для размещения платформы построения и ее привода.
Изготовление изделия происходит следующим образом.
Способ послойного изготовления объемного изделия заключается в следующем. На рабочую поверхность подвижной в вертикальном направлении платформу построения производят послойную подачу порошка, производят разравнивание каждого слоя и сплавление лазерным лучом участков 12 слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия.
Производят удаление не сплавленного материала вакуумным устройством 10 в соответствующий порошку контейнер (на чертеже не показан) и после удаления не сплавленного материала, в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону 13, заполняя пространство порошком из легко сплавляемого материала, по сравнению с материалом изделия, с последующем его разравниванием и сплавлением заданного участка буферной зоны. После изготовления изделия материал буферной зоны удаляют.
В качестве удаляемого материала буферной зоны можно используют олово, которое имеет низкую температуру плавления и при сплавлении создает ровную поверхность. Это позволяет получать изделия с более точными геометрическими размерами. Так как температура олова ниже температуры плавления получаемого изделия, то при нагревании изделия после его изготовления олово легко плавится и после его сбора может быть использовано.
В зависимости от температуры плавления материла изделия можно использовать сравнительно легкоплавкие и доступные материалы такие как медь, бронза и алюминий.
В качестве удаляемого материала буферной зоны может быть использованы водорастворимые соли галогенидов щелочных металлов, которые являются широкодоступными и дешевыми, например соли натрия, калия, йода.
Свойства этих солей представлены в таблице.
Figure 00000001
Виду того, что галогенидов щелочных металлов плохо поглощают энергию лазерного излучения, в них добавляют порошок, из которого изготовляют изделие.
Перед смешиванием с порошок материала изготавливаемого изделия с галогенидом щелочного металла для получения порошка буферной зоны его предварительно плакируют солью галогенида щелочного металла. Это позволит улучшить сплавление и получить более ровную поверхность буферной зоны.
При послойном изготовлении изделия первый слой формируют из материала буферной зоны и разравнивают устройством 9 (ракелем).
Излишний материал, попадающий поверхность вне зоны построения, удаляют вакуумным устройством 10 в соответствующий контейнер. Незначительное количество материала, которое попадает в корзину 11, удаляется системой 3 поддержания в камере рабочей среды. Уплотнение 12 между платформой построения и корзиной 11 минимизирует количество материала, которое попадает в корзину.
Затем производят сплавление буферной зоны в слое.
Следующий слой формируют из материала изготавливаемого изделия. После формирования слоя, производят сплавление соответствующего участка изготавливаемого изделия. Затем удаляют не сплавленный порошок и помещают его в соответствующий контейнер.
В освободившейся участок слоя помещают материал буферной зоны и, после его разравнивания и сплавления, переходят к формированию последующего слоя.
В данном случае все слои формируются на подготовленных поверхностях буферной зоны и участках изготавливаемого изделия, в отличие от тех случаев, при которых следующий слой, в зависимости от конфигурации изготавливаемого изделия, может укладываться на не сплавленный порошок, и учитывая, что толщина каждого слоя, в зависимости от конфигурации изделия, может различаться, высока вероятность частичного сплавления предыдущего слоя с последующим, что сказывается на точности геометрии изготавливаемого изделия.
После изготовления изделия, материал буферной зоны при применении легкоплавкого материала, например олова, удаляют нагреванием.
В случае применение в качестве материала буферной зоны водорастворимой соли галогенида щелочного металла и порошка материала изготавливаемого изделия, изготовленное изделие помещают в воду. При этом соль галогенида щелочного металла растворяется в воде, а порошок после просушивания может быть повторно использован.
Таким образом, данное техническое решение позволит:
- уменьшить количество применяемого порошка, из которого изготовляется изделие;
- повысить точность геометрических размеров изделия.
Источники информации
1. Патент ЕР2167304, МКИ- B22F 3/105, 2010
2. Заявка WO 2018/197876, МПК- B22F 3/105, 2018
3. Патент RU 2685326, МПК- B22F 3/105, 2018.

Claims (3)

1. Способ послойного изготовления объемного изделия из жаропрочного металлического порошка, включающий послойную подачу порошка на рабочую поверхность подвижной в вертикальном направлении платформу построения, разравнивание слоя, сплавление лазерным лучом участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия, и вакуумное удаление не сплавленного материала в соответствующий порошку контейнер, отличающийся тем, что после удаления не сплавленного материала в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону путем заполнения пространства порошком из легко сплавляемого материала, по сравнению с материалом изделия, выбранного из ряда, включающего олово, медь, бронзу, алюминий, водорастворимые соли галогенидов щелочных металлов и указанные соли совместно с порошком материала изготавливаемого изделия, с последующим его разравниванием и сплавлением заданного участка буферной зоны, причем после изготовления изделия материал буферной зоны удаляют.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легко сплавляемого материала используют водорастворимую соль галогенида щелочного металла совместно с материалом изготавливаемого изделия, причем сплавление участка буферной зоны ведут при температуре, превышающей точку плавления соли галогенида щелочного металла и меньшей точки плавления материала изготавливаемого изделия.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют порошок материала изготавливаемого изделия, предварительно плакированный солью галогенида щелочного металла.
RU2019124046A 2019-07-30 2019-07-30 Способ послойного изготовления объемных изделий RU2732252C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124046A RU2732252C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Способ послойного изготовления объемных изделий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124046A RU2732252C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Способ послойного изготовления объемных изделий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732252C1 true RU2732252C1 (ru) 2020-09-14

Family

ID=72516517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124046A RU2732252C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Способ послойного изготовления объемных изделий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732252C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2288073C2 (ru) * 2002-07-23 2006-11-27 Юниверсити Оф Саутерн Калифорния Способ и установка для изготовления объемных металлических изделий
RU2526909C1 (ru) * 2013-01-09 2014-08-27 Рустем Халимович Ганцев Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом
WO2018197876A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 The University Of Manchester Apparatus for and process of additive manufacturing
RU2674588C2 (ru) * 2017-04-25 2018-12-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" Способ аддитивного сварочно-плавильного изготовления трёхмерных изделий и установка для его осуществления
RU2685326C1 (ru) * 2018-08-20 2019-04-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ послойного изготовления изделий из нескольких порошков и устройство для его осуществления
RU2688985C2 (ru) * 2014-05-26 2019-05-23 Нуово Пиньоне СРЛ Способ изготовления компонента турбомашины

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2288073C2 (ru) * 2002-07-23 2006-11-27 Юниверсити Оф Саутерн Калифорния Способ и установка для изготовления объемных металлических изделий
RU2526909C1 (ru) * 2013-01-09 2014-08-27 Рустем Халимович Ганцев Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом
RU2688985C2 (ru) * 2014-05-26 2019-05-23 Нуово Пиньоне СРЛ Способ изготовления компонента турбомашины
RU2674588C2 (ru) * 2017-04-25 2018-12-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" Способ аддитивного сварочно-плавильного изготовления трёхмерных изделий и установка для его осуществления
WO2018197876A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 The University Of Manchester Apparatus for and process of additive manufacturing
RU2685326C1 (ru) * 2018-08-20 2019-04-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ послойного изготовления изделий из нескольких порошков и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10933497B2 (en) Surface improvement of additively manufactured articles produced with aluminum alloys
JP6416874B2 (ja) 付加製造を用いた非対称部品製造方法
US9901983B2 (en) Method of applying multiple materials with selective laser melting on a 3D article
US6238614B1 (en) Selective infiltration manufacturing method and apparatus to fabricate prototypes and moulds by infiltrating molten droplets selectively into layers of powder
CN106141439B (zh) 消除激光熔化成形制品残余应力的激光冲击装置
JP2017185804A (ja) 空隙を有する物体を選択的レーザ焼結する装置及び方法
EP3072611A2 (en) Net-shape or near-net shape powder metal components and methods for producing the same
US20170136539A1 (en) Systems and methods for designing and fabricating support structures for overhang geometries of parts in additive manufacturing
CN105935770A (zh) 一种基于电子束熔丝成型的增材制造装置
CN104827155B (zh) 一种适用于复杂零件的固熔复合增材成形方法
RU2674588C2 (ru) Способ аддитивного сварочно-плавильного изготовления трёхмерных изделий и установка для его осуществления
RU2008133769A (ru) Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления
US20090081066A1 (en) Method of forming an article
CN109108283A (zh) 制造物件的方法和用于基于金属的增材制造的设备
RU2732252C1 (ru) Способ послойного изготовления объемных изделий
CN112512729A (zh) 用于确定针对增材制造方法的构造规范的方法
JP6711868B2 (ja) 高圧タービンの連続的付加製造
US10394222B2 (en) Device for controlling additive manufacturing machinery
CA2996201C (en) Method for setting a shaping angle in three-dimensional shaped object
CN107262716B (zh) 一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法
CN109047764A (zh) 一种多材料激光选区熔化粉末分区预置的铺粉机构及方法
JP2002249804A (ja) 立体物造形方法
CN204639137U (zh) 一种选择性激光熔化装置
RU152914U1 (ru) Устройство для получения градиентных материалов из порошковых систем
RU2732271C1 (ru) Способ послойного изготовления объемных изделий