RU2734650C1 - Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления - Google Patents

Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2734650C1
RU2734650C1 RU2019124047A RU2019124047A RU2734650C1 RU 2734650 C1 RU2734650 C1 RU 2734650C1 RU 2019124047 A RU2019124047 A RU 2019124047A RU 2019124047 A RU2019124047 A RU 2019124047A RU 2734650 C1 RU2734650 C1 RU 2734650C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
powder
platform
basket
construction
Prior art date
Application number
RU2019124047A
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 RU2019124047A priority Critical patent/RU2734650C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2734650C1 publication Critical patent/RU2734650C1/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
    • 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
    • B22F12/60Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67Blades
    • 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
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70Recycling
    • B22F10/73Recycling of 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
    • 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
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • 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
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к послойному изготовлению изделий из порошка, например, никелевых жаропрочных сплавов, сплавов на основе кобальта, драгоценных металлов. Устройство включает камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, платформу построения со стойкой и с приводом вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, по меньшей мере одно устройство подачи порошка, ракель для разравнивания слоя порошка на платформе построения, размещенный в корзине под платформой построения и сообщенный с системой поддержания в камере рабочей среды контейнер для сбора излишнего порошка и лазерно-оптическое устройство, выполненное с возможностью сплавления слоев порошка по заданной программе трехмерной компьютерной модели изделия. Устройство снабжено скрепленным с верхней внутренней частью корзины экраном, боковая поверхность которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения, и уплотнением, установленным на боковой поверхности экрана между экраном и платформой построения. Согласно способу, на рабочую поверхность платформы построения послойно подают по крайней мере один порошок, разравнивают слой и сплавляют лазерным лучом участки слоя, идентичные участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели -изделия, при этом в каждом-из слоев на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения, выполняют уплотнительную оболочку. Обеспечивается уменьшение количества используемого порошка при одновременной надежности и долговечности работы устройства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 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.
Известно устройство для изготовления объемных изделий, включающее лазерное устройство, камеру построения с системой для поддержания в камере рабочей среды, платформу построения со стойкой, устройствами подачи порошка и разравнивания слоя порошка на платформе построения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, и расположенный между платформой построения и корзиной уплотнительный элемент [1].
При работе устройства для нанесения очередного слоя порошка платформа построения совершает вертикальные перемещения.
Так как платформа построения имеет значительные размеры и часто выполнена некруглой формы, создать надежное уплотнение между корзиной и платформой является затруднительным. К тому же уплотнительный элемент подвержен термическому воздействию (для эффективного спекания порошка платформа должна быть равномерно нагрета по всей площади), а также перепадам давления между камерой построения и пространством под платформой построения.
В результате в пространство корзины под платформой построения проникает ограниченное количество порошка, которое может воздействовать на привод платформы построения, снижая его надежность, а также возникает вероятность утечки рабочей среды в камере построения, что ухудшает стабильность работы устройства.
Известно также устройство послойного изготовления изделия, включающее лазерно-оптическое устройство, камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, соединенную со стойкой платформу построения с приводом ее вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, по меньшей мере одно устройство подачи порошка и ракель для разравнивания слоя порошка на платформе построения, размещенный в корзине под платформой построения и сообщенный с системой поддержания в камере рабочей среды контейнер для сбора излишнего порошка [2].
Данное устройство позволяет устранить указанный выше недостаток, однако при формирования слоя порошок разравнивается по всей рабочей поверхности платформы построения и на рабочей поверхности за пределами корзины. В виду того, что размеры изделия зачастую являются значительно меньшими, чем размеры платформы построения, такое распределение слоя порошка приводит к увеличению количества порошка, участвующего в изготовлении изделия. При сплавлении участка слоя в не сплавленные участки слоя попадает окалина и копоть и в дальнейшем не сплавленный порошок подвергается регенерации.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в уменьшения расхода дорогостоящих порошков.
Указанный результат достигается за счет того, что устройство послойного изготовления изделия, включающее лазерно-оптическое устройство, камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, соединенной со стойкой платформу построения с приводом ее вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, по меньшей мере одно устройство подачи порошка и ракель для разравнивания слоя порошка на платформе построения,, размещенный в корзине под платформой построения и сообщенный с системой поддержания в камере рабочей среды контейнер для сбора излишнего порошка, снабжено скрепленным с верхней внутренней частью корзины экраном, боковая поверхность которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения, а экран снабжен расположенным на его боковой поверхности уплотнением. Платформа построения и экран выполнены соответственно съемно-заменяемыми. Горизонтальная перегородка контейнера для сбора излишнего порошка скреплена со стойкой, ее уплотнение установлено на боковой поверхности перегородки с возможностью взаимодействия с внутренней стенкой корзины причем нижняя поверхность перегородки, внутренняя стенка и дно корзины образует промежуточную камеру, соединенную с системой поддержания в камере рабочей среды, а верхняя поверхность перегородки и, внутренняя стенка корзины - контейнер для сбора излишнего порошка.
Указанный результат достигается также за счет того, что в способе послойного изготовления изделия включающем 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, на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения, выполняют уплотнительную оболочку.
Пример выполнения заявляемых технических решений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено заявляемое устройство, на фиг. 2, 3, 4 - соответственно виды А, Б. В.
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, бункером 11 для сбора излишнего порошка, который образуется при формировании слоя, корзиной 12 для размещения платформы построения и ее привода, скрепленным с верхней внутренней частью 13 корзины 12 экраном 14, боковая внутренняя поверхность 15 которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения. Экран 14 снабжен расположенным на его боковой поверхности уплотнением 16.
Платформа построения и экран выполнены соответственно съемно-заменяемыми, для чего предусмотрено разъемное соединение 17 платформы построения и стойки 4.
Устройство снабжено скрепленной со стойкой 4 перегородкой 18, снабженной взаимодействующей с внутренней стенкой 19 корзины уплотнением 20. Нижняя поверхность 21 перегородки 18, внутренняя стенка 19 и дно 22 корзины образуют промежуточную камеру 23, соединенную с системой 3 поддержания в камере рабочей среды, а верхняя поверхность 24 перегородки 18 и внутренняя стенка корзины 19 - бункер 11 для сбора излишнего порошка. Промежуточная камера предназначена для предотвращения выхода мельчайших частиц порошка в окружающую среду.
Способ послойного изготовления изделия включает послойную подачу порошка на рабочую поверхность 25 регулируемой платформы построения, разравнивание слоя порошка и сплавление участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели уплотнительной оболочки 26 и изделия 27, и удаление не сплавленного материала с поверхности экрана в соответствующий порошку контейнер (на чертеже не показан).
Уплотнительную оболочку 26 выполняют на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения. Изготовление изделия происходит следующим образом.
Подбирают съемную платформу построения и экран в соответствии с размером изделия. Излишний материал, попадающий на экран, удаляют вакуумным устройством 10 в соответствующий контейнер. Незначительное количество материала, которое попадает в промежуточную камеру, удаляется системой 3 поддержания в камере рабочей среды. Уплотнение 16 между экраном и платформой построения минимизирует количество материала, которое попадает в бункер.
При формировании слоя порошок разравнивается по всей поверхности, оптимизация размера платформы построения в зависимости от размера изделия, ведет к уменьшению количества порошка, участвующего в изготовлении изделия. Не сплавленный материал в слое 28 оставляют внутри уплотнительной оболочки.
Таким образом данное техническое решение позволит уменьшить количество применяемого порошка, из которого изготовляется изделие при одновременном надежности и долговечности работы устройства.
Источники информации
- Патент US №9415443, МКИ B22F 3/10, 2016.
- Патент РФ №2670500, МПК - B22F 3/105, B23K 26/16, B33Y 30/00, 2016.

Claims (4)

1. Устройство для послойного изготовления изделия из порошка, включающее камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, платформу построения со стойкой и с приводом вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, по меньшей мере одно устройство подачи порошка, ракель для разравнивания слоя порошка на платформе построения, размещенный в корзине под платформой построения и сообщенный с системой поддержания в камере рабочей среды контейнер для сбора излишнего порошка и лазерно-оптическое устройство, выполненное с возможностью сплавления слоев порошка по заданной программе трехмерной компьютерной модели изделия, отличающееся тем, что оно снабжено скрепленным с верхней внутренней частью корзины экраном, боковая поверхность которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения, и уплотнением, установленным на боковой поверхности экрана между экраном и платформой построения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что платформа построения и экран выполнены соответственно съемно-заменяемыми.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено скрепленной со стойкой перегородкой с взаимодействующим с внутренней стенкой корзины уплотнением, при этом нижняя поверхность перегородки, внутренняя стенка и дно корзины образуют промежуточную камеру, соединенную с системой поддержания в камере рабочей среды, а верхняя поверхность перегородки и внутренняя стенка корзины образуют контейнер для сбора излишнего порошка.
4. Способ послойного изготовления изделия из порошка в устройстве по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что послойно подают по крайней мере один порошок на рабочую поверхность платформы построения, разравнивают слой и сплавляют лазерным лучом участки слоя, идентичные участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели изделия, при этом в каждом из слоев на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения, выполняют уплотнительную оболочку.
RU2019124047A 2019-07-30 2019-07-30 Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления RU2734650C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124047A RU2734650C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124047A RU2734650C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734650C1 true RU2734650C1 (ru) 2020-10-21

Family

ID=72948944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124047A RU2734650C1 (ru) 2019-07-30 2019-07-30 Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734650C1 (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
US9415443B2 (en) * 2013-05-23 2016-08-16 Arcam Ab Method and apparatus for additive manufacturing
RU2614291C2 (ru) * 2014-11-19 2017-03-24 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" Способ изготовления объемных изделий и устройство для его осуществления
RU2670500C2 (ru) * 2016-10-21 2018-10-23 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" Устройство для изготовления объемных изделий
WO2018197876A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 The University Of Manchester Apparatus for and process of additive manufacturing

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
US9415443B2 (en) * 2013-05-23 2016-08-16 Arcam Ab Method and apparatus for additive manufacturing
RU2614291C2 (ru) * 2014-11-19 2017-03-24 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" Способ изготовления объемных изделий и устройство для его осуществления
RU2670500C2 (ru) * 2016-10-21 2018-10-23 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" Устройство для изготовления объемных изделий
WO2018197876A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 The University Of Manchester Apparatus for and process of additive manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190060998A1 (en) Powder bed re-coater apparatus and methods of use thereof
JP6847152B2 (ja) 金属構造物の積層造形
EP3106288B1 (en) Additive manufacturing apparatus and method for large components
JP6356741B2 (ja) 粉体再循環式付加製造装置及び方法
US11141918B2 (en) Powder refill system for an additive manufacturing machine
JP6961926B2 (ja) 付加製造プロセスのための音響モニタリング方法
JP6828829B2 (ja) 粉末供給装置および三次元積層造形装置
CN108025496A (zh) 用于增材制造的可选择性打开的支撑工作台
CN107405709A (zh) 用于制造用来支撑将要生成式地构造的三维物体的支撑结构的方法
US10773423B2 (en) Method and device for dosing of a powder for the additive manufacture of a product
JP2013526429A (ja) 造形空間を変更するための手段、および造形空間を変更するための手段を有する、三次元物体を製造するための装置
CN108025497A (zh) 在增材制造中底板的制造、壳体的制造和支撑支柱的制造
KR20190026966A (ko) 적층 제조에서의 z-높이 측정 및 조정을 위한 시스템 및 방법
CN109773185A (zh) 用于使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造的箔部分翘曲补偿
CN110281526A (zh) 增材制造方法
RU2734650C1 (ru) Устройство для послойного изготовления объемных изделий и способ их изготовления
US20200338829A1 (en) Closed loop gated recoater monitoring system
CN108941545B (zh) 粉末装填方法和设备
JP6722238B2 (ja) 自動粉末圧縮
RU2797667C2 (ru) Способ послойного изготовления изделия и устройство для его изготовления
CN108941544B (zh) 粉末制备方法及其装填设备
RU2705822C1 (ru) Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
RU154761U1 (ru) Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
RU2732271C1 (ru) Способ послойного изготовления объемных изделий
RU2019103329A (ru) Способ послойного изготовления изделия и устройство для его изготовления