RU2778389C1

RU2778389C1 - Device for production of products by selective laser melting

Info

Publication number: RU2778389C1
Application number: RU2021137104A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Григорьев; Алексей Петрович Назаров; Татьяна Васильевна Тарасова; Сергей Александрович Егоров; Евгений Александрович Гуцалюк
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-08-18

Abstract

FIELD: additive technologies.

SUBSTANCE: invention relates to the field of additive technologies, in particular to devices for the manufacture of products by selective laser melting. The device contains a power frame, a sealed chamber installed on it, a powder application mechanism in the form of a spring-loaded knife with four control marks from four sides, attached to a vertical actuator rod, on a case of which, connected to a horizontal actuator rod by two hinges, a water cooler is installed. Above the sealed chamber, there is a pyrometer and adjacent scanner, part construction and powder supply tables, a part construction hopper, a powder supply hopper, and a powder residual collection hopper. On part construction and powder supply hoppers, there are annular heaters, on powder construction and powder supply tables, there are flat heaters, on a carriage of a mechanism of powder layer application, there is a halogen heater.

EFFECT: expansion of the range of powders suitable for use, and obtaining high-quality parts.

1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области аддитивных технологий и предназначено для изготовления деталей и изделий сложной пространственной конфигурации методом селективного лазерного плавления из мелкодисперсного металлического порошка с использованием лазерного излучения по данным трехмерной компьютерной модели.The invention relates to the field of additive technologies and is intended for the manufacture of parts and products of complex spatial configuration by selective laser melting from a finely dispersed metal powder using laser radiation according to a three-dimensional computer model.

Известно устройство послойного получения изделий из порошкообразного материала компании Phenix Systems (патент США 7789037, опубл. 07.09.2010 г.).A device for layer-by-layer production of products from powdered material from Phenix Systems is known (US patent 7,789,037, publ. 09/07/2010).

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности простого автоматизированного точного нанесения первого слоя порошка на съемную подложку, что сильно снижает надежность процесса изготовления качественных деталей и уменьшает спектр возможных к применению порошков.The disadvantage of this device is the lack of the possibility of a simple automated precise application of the first layer of powder on a removable substrate, which greatly reduces the reliability of the manufacturing process of high-quality parts and reduces the range of powders that can be used.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа установка для изготовления деталей методом послойного синтеза, содержащая рабочий стол, стол для спекания, механизм подачи порошка на рабочий стол, устройство для сбора избыточного порошка и устройство для выравнивания слоев порошков, включающее каретку с ножом, перемещаемую над поверхностью рабочего стола с помощью привода (патент РФ на изобретение №2487779, опубл. 20.07.2013 г.).The closest in technical essence to the proposed invention is the installation chosen as a prototype for the manufacture of parts by layer-by-layer synthesis, containing a work table, a sintering table, a powder feed mechanism to the work table, a device for collecting excess powder and a device for leveling powder layers, including a carriage with a knife, moved above the surface of the desktop with the help of a drive (RF patent for invention No. 2487779, publ. 07/20/2013).

Недостатками известной установки, в том числе технической проблемой являются: отсутствие возможности простого автоматизированного точного нанесения первого слоя порошка на съемную подложку; ограничение максимальной температуры предварительного подогрева порошка перед лазерной обработкой до значения 100°С. Данные недостатки уменьшают надежность процесса изготовления качественных деталей и снижают спектр возможных к применению порошков.The disadvantages of the known installation, including the technical problem are: the lack of a simple automated accurate application of the first layer of powder on a removable substrate; limiting the maximum temperature of powder preheating before laser processing to 100°C. These shortcomings reduce the reliability of the process of manufacturing high-quality parts and reduce the range of powders that can be used.

В основу заявленного изобретения был положен технический результат - повышение надежности изготовления деталей методом селективного лазерного плавления и расширение спектра возможных к применению порошков за счет конструкции механизма нанесения слоев порошка, конструкции и расположения нагревателей.The claimed invention was based on the technical result - increasing the reliability of manufacturing parts by selective laser melting and expanding the range of powders that can be used due to the design of the mechanism for applying powder layers, the design and location of the heaters.

Технический результат достигается тем, что устройство для получения изделий методом селективного лазерного плавления, содержащее силовую раму, установленную на ней герметичную камеру с размещенным в ней средством нанесения порошкообразного материала в виде установленного с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формования слоя изделия механизма нанесения слоев порошка, расположенный над герметичной камерой пирометр и прилегающие к ней сканатор, столы построения и подачи, бункер построения детали, бункер подачи порошка и бункер сбора излишков порошка, снабжено размещенными на бункерах построения детали и подачи порошка кольцевыми нагревателями, размещенными на столах построения и подачи плоскими нагревателями и установленным на каретке механизма нанесения слоев порошка галогенным нагревателем, при этом механизм нанесения слоев порошка выполнен в виде прикрепленного к штоку вертикального актуатора подпружиненного ножа с четырьмя контрольными метками с четырех сторон, на корпусе которого, связанном со штоком горизонтальных актуаторов двумя шарнирами, установлен водяной охладитель ножа.The technical result is achieved by the fact that the device for producing products by the method of selective laser melting, containing a power frame, a sealed chamber installed on it with a means for applying powdered material placed in it in the form of a mechanism for applying layers of powder installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and forming a layer of the product , a pyrometer located above the sealed chamber and adjacent to it a scanner, construction and supply tables, a part construction hopper, a powder supply hopper and a surplus powder collection bin, equipped with ring heaters placed on the part construction and powder supply bunkers, flat heaters placed on the construction and supply tables and a halogen heater mounted on the carriage of the mechanism for applying powder layers, while the mechanism for applying powder layers is made in the form of a vertical actuator of a spring-loaded knife attached to the rod with four control marks with four x sides, on the body of which, connected with the rod of horizontal actuators by two hinges, a water cooler of the knife is installed.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 - аксонометрический вид устройства селективного лазерного плавленияIn FIG. 1 is an axonometric view of a device for selective laser melting

На фиг. 2 - ортогональный вид сверху устройства селективного лазерного плавленияIn FIG. 2 is an orthogonal top view of the selective laser melting device

На фиг. 3 - сечение А-А с фиг. 2In FIG. 3 is a section A-A from FIG. 2

На фиг. 4 - сечение Б-Б с фиг. 3In FIG. 4 - section B-B from FIG. 3

На фиг. 5 - местный вид В с фиг. 3In FIG. 5 is a partial view of B from FIG. 3

На фиг. 6 - сечение Г-Г с фиг. 5In FIG. 6 - section Г-Г from Fig. 5

На фиг. 7 - сечение Д-Д с фиг. 3In FIG. 7 - section D-D from FIG. 3

На фиг. 8 - схематичное изображение основных размеров и зазоров, образующихся при автоматизированном выставлении и нанесении первого слоя порошкаIn FIG. 8 is a schematic representation of the main dimensions and gaps formed during automated exposure and application of the first layer of powder

На фиг. 9 - дополнительное к фиг. 8 схематичное изображение основных размеров и зазоров, образующихся при автоматизированном выставлении и нанесении первого слоя порошкаIn FIG. 9 - additional to fig. 8 schematic representation of the main dimensions and gaps formed during automated exposure and application of the first layer of powder

На фиг. 10 - ортогональные проекции ножа 17.In FIG. 10 - orthogonal projections of the knife 17.

Устройство для получения изделий методом селективного лазерного плавления, содержит силовую раму 1, установленную на ней герметичную камеру 2 с размещенным в ней средством нанесения порошкообразного материала в виде установленного с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формования слоя изделия механизма 3 нанесения слоев порошка, расположенный над герметичной камерой 2 пирометр 4 и прилегающие к ней сканатор 5, столы 6, 7 построения и подачи, бункер 8 построения детали, бункер 9 подачи порошка и бункер 10 сбора излишков порошка. При этом заявленная установка снабжена размещенными на бункерах 8, 9 построения детали и подачи порошка кольцевыми нагревателями 11, размещенными на столах 6, 7 построения и подачи плоскими нагревателями 12 и установленным на каретке 13 механизма 3 нанесения слоев порошка галогенным нагревателем 14, при этом механизм 3 нанесения слоев порошка выполнен в виде прикрепленного к штоку 15 вертикального актуатора 16 подпружиненного ножа 17 с четырьмя контрольными метками 18 с четырех сторон, на корпусе 19 которого, связанном со штоком 20 горизонтальных актуаторов 21 двумя шарнирами 22, установлен водяной охладитель 23 ножа.The device for obtaining products by the method of selective laser melting, contains a power frame 1, a sealed chamber 2 installed on it with a means for applying powdered material placed in it in the form of a device installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and forming a layer of the product of the mechanism 3 for applying layers of powder, located above sealed chamber 2 pyrometer 4 and adjacent scanner 5, tables 6, 7 building and supply, hopper 8 building details, hopper 9 powder supply and hopper 10 for collecting excess powder. At the same time, the claimed installation is equipped with annular heaters 11 placed on the bins 8, 9 for building the part and supplying the powder, placed on the tables 6, 7 for building and supplying flat heaters 12 and mounted on the carriage 13 of the mechanism 3 for applying layers of powder with a halogen heater 14, while the mechanism 3 application of powder layers is made in the form of a spring-loaded knife 17 attached to the rod 15 of the vertical actuator 16 with four control marks 18 on four sides, on the body 19 of which, connected with the rod 20 of the horizontal actuators 21 by two hinges 22, a water cooler 23 of the knife is installed.

Силовая рама 1 (фиг. 3) является несущим узлом для базирования всех основных элементов устройства.Power frame 1 (Fig. 3) is a bearing node for basing all the main elements of the device.

Герметичная камера 2 предназначена для создания замкнутого пространства (в совокупности с остальными узлами и деталями, описанными ниже), внутри которого поддерживается стабильная высокая температура (до 700°С) и создается защитная атмосфера из газа Азота или Аргона. Создание стабильных горячих тепловых режимов в герметичной камере 2 необходимо для снятия температурных напряжений при лазерном плавлении порошка, а также для получения специфических необходимых структур и фаз металлов (интерметталиды, аустениты, мартенситы и проч.), которые получаются в металлах только после определенных температурных обработок. Создание защитной атмосферы в герметичной камере 2 необходимо для защиты изготавливаемой детали от окисления. Герметичная камера 2 для лучшего сохранения тепловых нагревов имеет теплоизоляцию 24 и установлена на верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка.Sealed chamber 2 is designed to create a closed space (together with the other components and parts described below), inside which a stable high temperature is maintained (up to 700 ° C) and a protective atmosphere is created from nitrogen or argon gas. The creation of stable hot thermal conditions in sealed chamber 2 is necessary to relieve thermal stresses during laser melting of the powder, as well as to obtain the specific necessary structures and phases of metals (intermettalides, austenites, martensites, etc.), which are obtained in metals only after certain thermal treatments. The creation of a protective atmosphere in the sealed chamber 2 is necessary to protect the manufactured part from oxidation. Sealed chamber 2 for better preservation of thermal heating has thermal insulation 24 and is installed on the upper plane of the plate for applying powder layers.

Снизу к плите 25 нанесения слоев порошка герметично прилегают бункер 9 подачи порошка, бункер 8 построения детали и бункер 10 сбора излишков порошка. Бункер 10 сбора излишков порошка предназначен для сбора излишков порошка.From below, to the plate 25 for applying layers of powder, the hopper 9 for supplying powder, the hopper 8 for building the part and the hopper 10 for collecting excess powder are hermetically sealed. The hopper 10 for collecting excess powder is designed to collect excess powder.

Бункер 8 построения детали образует замкнутое пространство для изготавливаемой послойно детали (или нескольких деталей за один цикл) вместе с неподверженным лазерному излучению порошком. По периметру бункера 8 построения детали расположен кольцевой нагреватель 11 бункера построения, который управляется программно от общей системы управления устройством и может нагревать пространство бункера 8 построения детали до температуры 450°С, а также поддерживать необходимые стабильные тепловые режимы. Контроль нагрева бункера 8 построения детали осуществляется термопарой 26. После окончания построения детали, бункер 8 построения детали медленно программно охлаждается. После охлаждения до температуры окружающей среды из бункера 8 построения детали извлекается изготовленная деталь вместе с приваренной к ней съемной подложкой 27 построения.The part building hopper 8 forms a closed space for the part (or several parts in one cycle) produced in layers together with the powder that is not exposed to laser radiation. Along the perimeter of the bunker 8 for building the part, there is an annular heater 11 of the building bunker, which is controlled by software from the general control system of the device and can heat the space of the bunker 8 for building the part up to a temperature of 450 ° C, and also maintain the necessary stable thermal conditions. The control of heating of the hopper 8 for building a part is carried out by a thermocouple 26. After the completion of building a part, the hopper 8 for building a part is slowly cooled by software. After cooling to ambient temperature, the manufactured part is removed from the part construction hopper 8 together with the removable construction substrate 27 welded to it.

При изготовлении детали внутри бункера 8 построения детали вертикально перемещается стол 6 построения. Между наружным контуром стола 6 построения и внутренними стенками бункера 8 построения детали расположено герметичное теплостойкое уплотнение 28. Стол 6 построения имеет возможность точного вертикального перемещения за счет поршня 29, который в свою очередь жестко связан с электроприводом построения детали 15 через водяной охладитель поршня 13. Водяной охладитель 13 поршня создает тепловой разрыв между нагретым поршнем 12 и электроприводом построения 30 детали для того, чтобы высокоточный электропривод 30 построения детали не испытывал переменного нагрева, из-за которого он бы потерял свою высокую точность. Высокоточный электропривод 30 построения детали приводится в движение шаговым мотором 31, который контролируется энкодером 32 шагового мотора.When manufacturing a part inside the hopper 8 for building a part, the table 6 for building is moved vertically. Between the outer contour of the construction table 6 and the inner walls of the construction bin 8, a sealed heat-resistant seal 28 is located. the piston cooler 13 creates a thermal break between the heated piston 12 and the part build motor 30 so that the high precision part build motor 30 does not experience variable heat that would cause it to lose its high accuracy. The high-precision electric drive 30 of the construction of the part is driven by the stepper motor 31, which is controlled by the encoder 32 of the stepper motor.

Верхняя плоскость стола 6 построения имеет возможность сцепления-расцепления со съемной подложкой 27 построения. Перед началом изготовления детали в устройство устанавливается чистая съемная подложка 27 построения, а при извлечении изготовленной детали, она извлекается вместе с приваренной к ней съемной подложкой 27 построения. В стол 6 построения встроен плоский нагреватель 12 стола построения, который также плотно контактирует со съемной подложкой 27 построения после ее установки. Плоский нагреватель 12 стола построения управляется программно от общей системы управления устройством и может нагревать съемную подложку 27 построения до температуры 450°С, а также поддерживать необходимые стабильные тепловые режимы. Пирометр 4 и тепловизор 33 осуществляют двойной высокоточный контроль нагрева подложки 27 построения. Создание стабильных горячих тепловых режимов в бункере 8 построения детали необходимо для снятия температурных напряжений при лазерном плавлении порошка, а также для получения специфических необходимых структур и фаз металлов (интерметаллиды, аустениты, мартенситы и прочее), которые получаются в металлах только после определенных температурных обработок.The upper plane of the table 6 construction has the possibility of coupling-uncoupling with a removable substrate 27 construction. Before starting the manufacturing of the part, a clean removable construction substrate 27 is installed in the device, and when the manufactured part is removed, it is removed together with the removable construction substrate 27 welded to it. Built into the build table 6 is a flat build table heater 12, which is also in close contact with the removable build substrate 27 after it has been installed. The flat heater 12 of the construction table is controlled by software from the general control system of the device and can heat the removable substrate 27 of the construction to a temperature of 450°C, and also maintain the necessary stable thermal conditions. The pyrometer 4 and the thermal imager 33 carry out double high-precision control of the heating of the substrate 27 of the construction. The creation of stable hot thermal conditions in the hopper 8 for building a part is necessary to relieve thermal stresses during laser melting of the powder, as well as to obtain the specific necessary structures and phases of metals (intermetallic compounds, austenites, martensites, etc.), which are obtained in metals only after certain thermal treatments.

Бункер 9 подачи порошка образует замкнутое пространство подачи и предварительного подогрева порошка. По периметру бункера 9 подачи порошка расположен кольцевой нагреватель 11 бункера подачи, который управляются программно от общей системы управления устройством и может нагревать пространство бункера 9 подачи порошка до температуры 450°С, а также поддерживать необходимые стабильные тепловые режимы. Контроль нагрева бункера 9 подачи порошка осуществляется термопарой 26.The powder supply hopper 9 forms a closed space for supplying and preheating the powder. Along the perimeter of the powder supply bin 9 there is an annular heater 11 of the supply bin, which is controlled by software from the general control system of the device and can heat the space of the powder supply bin 9 to a temperature of 450 ° C, and also maintain the necessary stable thermal conditions. Control of the heating of the powder supply hopper 9 is carried out by a thermocouple 26.

Для подачи порошка внутри бункера 9 подачи порошка вертикально перемещается стол 7 подачи. Между наружным контуром стола 7 подачи и внутренними стенками бункера 9 подачи порошка расположено герметичное теплостойкое уплотнение 28. Стол 7 подачи имеет возможность точного вертикального перемещения за счет поршня 29, который в свою очередь жестко связан с электроприводом 34 подачи порошка через водяной охладитель 35 поршня. Водяной охладитель 35 поршня создает тепловой разрыв между нагретым поршнем 29 и электроприводом 34 подачи порошка для того, чтобы высокоточный электропривод 34 подачи порошка не испытывал переменного нагрева, из-за которого он бы потерял свою высокую точность. Высокоточный электропривод 34 подачи порошка приводится в движение шаговым мотором 31, который контроллируется энкодером 32 шагового мотора. Создание стабильных горячих тепловых режимов в бункере 9 подачи порошка необходимо для снятия температурных градиентов при нанесении слоев порошка на съемную подложу 27 построения при дальнейшей лазерной обработке порошка. Тепловизор 33 осуществляет контроль нагрева верхнего слоя порошка в бункере 9 подачи порошка.To supply the powder inside the powder supply bin 9, the supply table 7 moves vertically. Between the outer contour of the feed table 7 and the inner walls of the powder feed hopper 9 there is a sealed heat-resistant seal 28. The feed table 7 has the ability to precisely move vertically due to the piston 29, which in turn is rigidly connected to the powder feed electric drive 34 through the water cooler 35 of the piston. The piston water cooler 35 creates a thermal break between the heated piston 29 and the powder motor 34 so that the high-precision powder motor 34 does not experience fluctuating heat that would cause it to lose its high accuracy. The high-precision powder feed motor 34 is driven by the stepper motor 31, which is controlled by the stepper motor encoder 32. The creation of stable hot thermal conditions in the powder supply hopper 9 is necessary to remove temperature gradients when applying layers of powder on a removable substrate 27 of construction during further laser processing of the powder. The thermal imager 33 monitors the heating of the upper layer of powder in the powder supply hopper 9.

Пирометр 4 и тепловизор 33 установлены на кронштейне 36 пирометра и кронштейне 37 тепловизора соответственно с наружной стороны на верхней части герметичной камеры 2. Пирометр 4 и тепловизор 33 осуществляют двойной высокоточный контроль нагрева съемной подложки 27 построения, также тепловизор 33 осуществляет контроль нагрева верхнего слоя порошка в бункере 9 подачи порошка и нагрев различных конструктивных элементов устройства в рабочей зоне, для фиксации факта стабилизации тепловых процессов.The pyrometer 4 and the thermal imager 33 are installed on the pyrometer bracket 36 and the thermal imager bracket 37, respectively, from the outside on the upper part of the sealed chamber 2. The pyrometer 4 and the thermal imager 33 perform double high-precision control of the heating of the removable substrate 27 of the construction, and the thermal imager 33 also controls the heating of the upper layer of the powder in powder supply hopper 9 and heating of various structural elements of the device in the working area, to fix the fact of stabilization of thermal processes.

Сканатор 5 представляет из себя лазерное устройство способное управлять лазерным лучом и направлять его в необходимые зоны лазерной обработки в нанесенном слое порошка.The scanner 5 is a laser device capable of controlling the laser beam and directing it to the necessary laser processing zones in the applied powder layer.

Сканатор 5, пирометр 4 и тепловизор 33 имеют возможность работать внутри герметичной камеры 2 благодаря защитным стеклам 38. Защитное стекло 38 - это специальное стекло со специальными покрытиями, предназначенное для максимального пропускания лазерного излучения и всего спектра излучения, необходимого для эффективной работы детекторов пирометра 4 и тепловизора 33. Защитные стекла 38 герметично установлены в верхней части герметичной камеры 2.Scanner 5, pyrometer 4 and thermal imager 33 are able to work inside the sealed chamber 2 thanks to protective glasses 38. Protective glass 38 is a special glass with special coatings designed for maximum transmission of laser radiation and the entire spectrum of radiation necessary for the effective operation of pyrometer detectors 4 and thermal imager 33. Protective glasses 38 are hermetically installed in the upper part of the hermetic chamber 2.

Для защиты от перегрева и гари защитных стекол 38 на задней стенке герметичной камеры 2 установлен газовый охладитель 39 сканатора, пирометра и тепловизора. Газовый охладитель 39 сканатора, пирометра и тепловизора представляет из себя колодку, которая может создавать мощную струю газа, которая отсекает поднимающуюся гарь и пыль в процессе лазерной обработки, а также снижает температуру нагрева защитных стекол.To protect the protective glasses 38 from overheating and burning, a gas cooler 39 of the scanner, pyrometer and thermal imager is installed on the rear wall of the sealed chamber 2. The gas cooler 39 of the scanner, pyrometer and thermal imager is a block that can create a powerful gas jet that cuts off rising fumes and dust during laser processing, and also reduces the heating temperature of protective glasses.

С четырех сторон (с левой и правой стороны, а также спереди и сзади) герметичной камеры 2 установлены четыре видеокамеры 40 на кронштейнах видеокамеры 41 (фиг. 4). Каждая видеокамера имеет необходимый оптический набор из подсветки 42, фильтра 43 и объектива 44, которые должны реализовывать максимально четкую картинку съемки и обеспечивать точное распознавание зазоров величиной в 0,05 мм с применением контрольных меток 18.On four sides (on the left and right sides, as well as in front and behind) of the sealed chamber 2, four video cameras 40 are installed on the brackets of the video camera 41 (Fig. 4). Each video camera has the necessary optical set of backlight 42, filter 43 and lens 44, which should realize the most clear shooting image and provide accurate recognition of gaps of 0.05 mm using reference marks 18.

Механизм 3 нанесения слоев порошка имеет возможность горизонтального перемещения благодаря электроприводу 45 механизма нанесения слоев порошка. Механизм 3 нанесения слоев порошка предназначен для нанесения слоев порошка и состоит из следующих элементов: ножа 17 с четырьмя контрольными метками 18 (фиг. 5, фиг. 6), корпуса 19 ножа, водяного охладителя 23 ножа, верхней крышки 46 корпуса ножа, вертикального актуатора 16 со штоком 15 вертикального аткуатора, двух пружин 47, двух горизонтальных актуаторов 21 (фиг. 7) со штоками 20 горизонтального актуатора, двух стаканов 48, двух опор 49, двух шарниров 22, каретки 13 механизма нанесения слоев порошка, водяного охладителя 31 ножа, фланца 50 нагревателя, кожуха 51 нагревателя и галогенного нагревателя 14.The mechanism 3 for applying layers of powder has the possibility of horizontal movement due to the electric drive 45 of the mechanism for applying layers of powder. The mechanism 3 for applying powder layers is designed for applying layers of powder and consists of the following elements: a knife 17 with four control marks 18 (Fig. 5, Fig. 6), a knife body 19, a water cooler 23 of the knife, a top cover 46 of the knife body, a vertical actuator 16 with a rod 15 of a vertical actuator, two springs 47, two horizontal actuators 21 (Fig. 7) with rods 20 of a horizontal actuator, two glasses 48, two supports 49, two hinges 22, a carriage 13 of the mechanism for applying layers of powder, a water cooler 31 of the knife, heater flange 50, heater housing 51 and halogen heater 14.

Галогенный нагреватель 14 (фиг. 3) при пиковом нагреве может достигать температур до 2300°С и при помощи излучения по программе может нагревать нанесенный слой порошка до температуры 600-700°С. Для эффективного направления нагрева на нанесенный слой порошка галогенный нагреватель 14 установлен в кожухе 51 нагревателя, а кожух 51 нагревателя жестко связан с фланцем 50 нагревателя. Фланец 50 нагревателя в свою очередь жестко связан с кареткой 13 механизма нанесения слоев порошка, которая имеет возможность горизонтального перемещения благодаря электроприводу 45 механизма нанесения слоев порошка. Таким образом, галогенный нагреватель 14, имеет возможность горизонтального перемещения.The halogen heater 14 (Fig. 3) at peak heating can reach temperatures up to 2300°C and with the help of radiation according to the program can heat the applied layer of powder to a temperature of 600-700°C. To efficiently direct the heat to the applied powder layer, the halogen heater 14 is installed in the heater casing 51, and the heater casing 51 is rigidly connected to the heater flange 50. The flange 50 of the heater, in turn, is rigidly connected to the carriage 13 of the mechanism for applying layers of powder, which has the possibility of horizontal movement due to the electric drive 45 of the mechanism for applying layers of powder. Thus, the halogen heater 14 is able to move horizontally.

Между галогенным нагревателем 14 и корпусом 19 ножа есть тепловой разрыв, реализованный в виде водяного охладителя 23 ножа. Водяной охладитель 23 ножа предназначен для защиты от резкого переменного нагрева следующих элементов: ножа 17, корпуса 19 ножа, верхней крышки 54 корпуса ножа, вертикального актуатора 16 со штоком 15 вертикального аткуатора, двух пружин 47, двух горизонтальных актуаторов 21 со штоками 20 горизонтального актуатора, двух стаканов 48, двух опор 49, двух шарниров 22, каретки 13 механизма нанесения слоев порошка. Другими словами, водяной охладитель 23 ножа, защищает элементы установки от резкого теплового нагрева, который может возникнуть от галогенного нагревателя 14.Between the halogen heater 14 and the knife body 19 there is a thermal break, implemented in the form of a water cooler 23 of the knife. The water cooler 23 of the knife is designed to protect against sudden variable heating of the following elements: knife 17, knife body 19, top cover 54 of the knife body, vertical actuator 16 with vertical actuator rod 15, two springs 47, two horizontal actuators 21 with horizontal actuator rods 20, two glasses 48, two supports 49, two hinges 22, carriage 13 of the mechanism for applying layers of powder. In other words, the blade water cooler 23 protects the plant components from the sudden heat buildup that can occur from the halogen heater 14.

Нож 17 имеет нанесенные на нем контрольные метки 18 (фиг. 10) с четырех сторон: с левой и правой сторон, а также с переднего и заднего торцев. Контрольные метки 18 необходимы видеокамерам 40, чтобы иметь визуальную привязку для сравнения реальных зазоров между нижней кромкой ножа и верхней плоскостью съемной подложки построения.Knife 17 has control marks 18 applied on it (Fig. 10) on four sides: on the left and right sides, as well as on the front and rear ends. Reference marks 18 are needed by video cameras 40 to have a visual reference for comparing real gaps between the lower edge of the knife and the upper plane of the removable construction substrate.

Нож 17 расположен в корпусе 19 ножа и имеет возможность вертикального перемещения за счет жесткой связки со штоком 16 вертикального аткуатора. Вертикальный актуатор 16 и две пружины 47 подобраны таким образом, что вертикальному актуатору 16 хватает усилий чтобы поднять нож 17 вверх, преодолев усилия сжатия пружин и вес тяжести ножа 17, а с другой стороны, когда вертикальный актуатор 16 выключен, усилия сжатия пружин 47 и вес тяжести ножа 17 должны перемещать нож 17 вниз, выдвигая вниз шток 15 вертикального актуатора.The knife 17 is located in the body 19 of the knife and has the ability to move vertically due to a rigid connection with the rod 16 of the vertical actuator. The vertical actuator 16 and two springs 47 are selected in such a way that the vertical actuator 16 has enough force to lift the knife 17 upwards, overcoming the compression forces of the springs and the weight of the knife 17, and on the other hand, when the vertical actuator 16 is turned off, the compression forces of the springs 47 and the weight the gravity of the knife 17 should move the knife 17 down, pushing down the rod 15 of the vertical actuator.

Верхняя крышка 46 корпуса ножа предназначена для базирования вертикального актутатора 16 и силового замыкания пружин 47.The top cover 46 of the knife body is designed for locating the vertical actuator 16 and force closing the springs 47.

С правой наружной стороны корпуса 19 ножа установлены два горизонтальных актуатора 21 со штоками горизонтального актуатора 20 через два стакана 48. Два горизонтальных актуатора 21 предназначены для надежной фиксации ножа 17 при автоматизированном выставлении ножа 17 для формирования первого слоя порошка. В концы штоков 20 горизонтального актуатора ввернуты шарниры 22. Шарниры 22 во взаимодействии с опорами 49 компенсируют перекосы штоков 20 горизонтального актуатора при прижиме ножа 17 к левой внутренней стороне корпуса 19 ножа, за счет чего нож 17 надежно фиксируется. Корпус 19 ножа также имеет жесткое соединение с кареткой 13 механизма нанесения слоев порошка и благодаря этому нож 17 имеет возможность горизонтального перемещения.On the right outer side of the body 19 of the knife, two horizontal actuators 21 are installed with the rods of the horizontal actuator 20 through two cups 48. Two horizontal actuators 21 are designed to securely fix the knife 17 during automated exposure of the knife 17 to form the first layer of powder. Hinges 22 are screwed into the ends of the rods 20 of the horizontal actuator. The hinges 22, in cooperation with the supports 49, compensate for the misalignment of the rods 20 of the horizontal actuator when the knife 17 is pressed against the left inner side of the knife body 19, due to which the knife 17 is securely fixed. The body 19 of the knife also has a rigid connection with the carriage 13 of the mechanism for applying layers of powder, and due to this, the knife 17 has the ability to move horizontally.

Герметичная камера 2 спереди герметично закрывается дверью 52 (фиг. 1, фиг. 2), в которой есть смотровое окно 53. Надежная фиксация двери 52 осуществляется замком 54.The sealed chamber 2 is hermetically sealed from the front by door 52 (Fig. 1, Fig. 2), which has a viewing window 53. Door 52 is securely fixed by lock 54.

Нанесение точного первого слоя порошка на съемную подложку 27 построения является очень трудоемким процессом, поскольку надо точно выставить зазор порядка 0,05 мм в условиях температурного нагрева до 600°С. Решение данной задачи в автоматическом режиме позволит значительно повысить надежность процесса изготовления детали, а также качество самой детали.Applying an accurate first layer of powder on the removable build substrate 27 is a very laborious process, since a gap of about 0.05 mm must be accurately set under conditions of temperature heating up to 600°C. Solving this problem in automatic mode will significantly improve the reliability of the manufacturing process of the part, as well as the quality of the part itself.

Для правильного функционирования устройства, особенно для точного нанесения первого слоя порошка на съемную подложку 27 построения, необходимо отметить следующие важные зазоры и размеры: Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5, Δ6, Δ7, Δ8 (фиг. 8, фиг. 9). Очень важно, что все зазоры и размеры Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5, Δ6, Δ7 сформированы после необходимого нагрева всего устройства и стабилизации теплового режима во всем устройстве, а зазор Δ8 создается до нагрева устройства (до включения таких нагревателей как: плоский нагреватель 12 стола подачи, плоский нагреватель 12 стола построения, кольцевой нагреватель 11 бункера подачи, кольцевой нагреватель 11 бункера построения, галогенный нагреватель 14), когда устройство имеет температуру окружающей среды.For the correct functioning of the device, especially for the accurate application of the first layer of powder on the removable construction substrate 27, the following important gaps and dimensions must be noted: Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5, Δ6, Δ7, Δ8 . It is very important that all gaps and dimensions Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5, Δ6, Δ7 are formed after the necessary heating of the entire device and stabilization of the thermal regime in the entire device, and the gap Δ8 is created before the device is heated (before turning on such heaters as: flat feed table heater 12, build table flat heater 12, feed bin annular heater 11, build bin annular heater 11, halogen heater 14) when the device is at ambient temperature.

Зазор Δ1 между правой плоскостью ножа 17 и внутренней правой стенкой корпуса 19 ножа необходим для свободного вертикального перемещения ножа 17 в корпусе 19 ножа. Размер зазора Δ1 порядка 0,1-0,2 мм.The gap Δ1 between the right plane of the knife 17 and the inner right wall of the knife body 19 is necessary for the free vertical movement of the knife 17 in the knife body 19. The gap size Δ1 is about 0.1-0.2 mm.

Размер Δ2 - теоретическая толщина наносимого слоя порошка. Значение размера Δ1 зависит от конкретного типа порошка и конкретного технологического процесса. Наиболее часто используемое значение Δ2 для металлических порошков составляет 0,04-0,05 мм.Dimension Δ2 is the theoretical thickness of the applied powder layer. The size value Δ1 depends on the specific type of powder and the specific technological process. The most commonly used Δ2 value for metal powders is 0.04-0.05 mm.

Размер Δ3 между верхней плоскостью съемной подложки построения в положении перед нанесением первого слоя порошка и верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка. Размер Δ3 должен быть выше кривизны верхней поверхности плиты 25 нанесения слоев порошка. Кривизна реальной верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка обязательно существует и складывается из неточности изготовления плиты 25 нанесения слоев порошка и тепловых деформаций, появившихся в результате нагрева плиты 25 нанесения слоев порошка (на фигурах реальная кривизна не показана). Другими словами, необходимо гарантировать, чтобы верхняя плоскость съемной подложки построения была немного выше верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка после всех предварительных нагревов устройства и выхода его в стабильный нагретый температурный режим. Фактическое значение размера Δ2 зависит от конкретных конструктивных размеров устройства, точности изготовления деталей и узлов устройства, а также от конкретного температурного нагрева всех деталей и узлов устройства. Примерное, значение размера Δ3 можно оценить в 0,1-0,3 мм.Dimension Δ3 between the upper plane of the removable build substrate in the position before applying the first powder layer and the upper plane of the plate for applying powder layers. The dimension Δ3 should be higher than the curvature of the upper surface of the plate 25 for applying layers of powder. The curvature of the real upper plane of the plate for applying powder layers necessarily exists and consists of inaccuracies in the manufacture of the plate 25 for applying layers of powder and thermal deformations resulting from heating of the plate for applying layers of powder 25 (real curvature is not shown in the figures). In other words, it is necessary to ensure that the top plane of the removable build substrate is slightly higher than the top plane of the powder coating plate after all preheating of the device and reaching a stable heated temperature regime. The actual value of the size Δ2 depends on the specific design dimensions of the device, the accuracy of manufacturing parts and components of the device, as well as on the specific temperature heating of all parts and components of the device. The approximate value of the size Δ3 can be estimated at 0.1-0.3 mm.

Размер Δ4 между верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка и верхней плоскостью съемной подложки построения в промежуточном положении перед нанесением первого слоя порошка (показано пунктиром). Размер Δ4 является суммой размеров Δ2 и Δ3. Учитывая, примерные значение размеров Δ2 и Δ3, величина размера Δ4 составляет 0,14-0,35 мм.Dimension Δ4 between the upper plane of the plate for applying powder layers and the upper plane of the removable construction substrate in an intermediate position before applying the first layer of powder (shown in dotted line). Dimension Δ4 is the sum of dimensions Δ2 and Δ3. Considering the approximate values of the sizes Δ2 and Δ3, the value of the size Δ4 is 0.14-0.35 mm.

Размер Δ5 между нижней кромкой ножа, когда нож 17 уже точно выставлен относительно верхней плоскости съемной подложки построения и условным верхним уровнем порошка в бункере 9 подачи порошка перед нанесением первого слоя порошка (фиг. 8, положение IV). В зависимости от типа порошка и конкретных конструкторских размеров устройства значение размера Δ5 должно быть в 2-5 раз (возможно и более) больше теоретической толщины наносимого слоя порошка Δ2, чтобы гарантированно обеспечить нанесение слоя порошка на съемную подложку построения 8. Ориентировочно значение размера Δ5 составляет 0,08-0,25 мм.Size Δ5 between the lower edge of the knife, when the knife 17 is already exactly aligned with respect to the upper plane of the removable construction substrate and the conditional upper level of the powder in the powder supply hopper 9 before applying the first layer of powder (Fig. 8, position IV). Depending on the type of powder and the specific design dimensions of the device, the size value Δ5 should be 2-5 times (possibly more) greater than the theoretical thickness of the applied powder layer Δ2 in order to ensure that the powder layer is deposited on the removable substrate of construction 8. The approximate value of the size Δ5 is 0.08-0.25 mm.

Размер Δ6 между верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка и условным верхним уровнем порошка в бункере 9 подачи порошка перед нанесением слоя порошка (фиг. 8, положение IV). Размер Δ6 является суммой размеров Δ4 и Δ5. Учитывая, примерные значение размеров Δ4 и Δ5, величина размера Δ6 составляет 0,22-0,6 мм.Size Δ6 between the upper plane of the plate for applying powder layers and the conditional upper level of the powder in the powder supply hopper 9 before applying the powder layer (Fig. 8, position IV). Dimension Δ6 is the sum of dimensions Δ4 and Δ5. Considering the approximate values of the sizes Δ4 and Δ5, the value of the size Δ6 is 0.22-0.6 mm.

Зазор Δ7 между нижней кромкой ножа, когда нож 17 находится в максимальном верхнем положении в корпусе 19 ножа за счет вертикального актуатора 16 (фиг. 8, положение II) и верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка после максимального нагрева всего устройства и стабилизации теплового режима во всем устройстве (тепловые деформации должны быть пренебрежительно малыми). Зазор Δ7 должен быть гарантированно выше верхней плоскости съемной подложки построения, т.е. зазор Δ7 должен быть больше размера Δ4. Учитывая, примерное значение размера Δ6, величина зазора Δ7 должна составлять от 1 мм и более.Gap Δ7 between the lower edge of the knife, when the knife 17 is in the maximum upper position in the knife body 19 due to the vertical actuator 16 (Fig. 8, position II) and the upper plane of the plate for applying powder layers after maximum heating of the entire device and stabilization of the thermal regime throughout device (thermal deformations should be negligible). Gap Δ7 must be guaranteed to be higher than the upper plane of the removable construction substrate, i.e. gap Δ7 must be greater than dimension Δ4. Given the approximate value of the size Δ6, the size of the gap Δ7 should be 1 mm or more.

Зазор Δ8 между нижней кромкой ножа, когда нож 17 находится в максимальном верхнем положении в корпусе 19 ножа за счет вертикального актуатора 16 (фиг. 8, положение II)) и верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка до нагрева устройства. Другими словами, зазор Δ7 получается из зазора Δ8 после нагрева устройства. Зазор Δ8 должен быть больше зазора Δ7 на величину тепловых деформаций элементов устройства. Заранее правильно просчитать все тепловые деформации всех нагреваемых элементов устройства практически невозможно, поэтому зазор Δ8 закладывается гарантированно больше зазора Δ7, а после проверяется экспериментально. Примерное, значение зазора Δ8 можно оценить в 1,5 мм и более.Gap Δ8 between the lower edge of the knife, when the knife 17 is in the maximum upper position in the knife body 19 due to the vertical actuator 16 (Fig. 8, position II)) and the upper plane of the plate for applying powder layers before heating the device. In other words, gap Δ7 is obtained from gap Δ8 after heating the device. Gap Δ8 must be larger than gap Δ7 by the amount of thermal deformations of the device elements. It is practically impossible to correctly calculate all thermal deformations of all heated elements of the device in advance, therefore the gap Δ8 is guaranteed to be greater than the gap Δ7, and then it is verified experimentally. The approximate value of the gap Δ8 can be estimated at 1.5 mm or more.

Устройство для получения изделий методом селективного лазерного плавления работает следующим образом.A device for producing products by selective laser melting operates as follows.

В системе автоматического проектирования (САПР) создают трехмерную компьютерную 3D-модель детали и разбивают ее на поперечные сечения, которые служат основой для послойного изготовления детали. САПР выбирает стратегию плавления необходимых зон лазерным излучением в каждом сечении. Бункер 9 подачи порошка (фиг. 3) наполняют порошком с запасом, чтобы гарантировать полное построение детали. Верхний уровень порошка не должен быть выше верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка. Стол 6 построения жестко сцепленный со съемной подложкой 27 построения уезжает вниз, так чтобы верхняя плоскость съемной подложки построения была ниже верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка. Дверь 52 герметично закрывается (фиг. 1, фиг. 2). Нож 17, расположенный в корпусе 19 ножа и жестко связанный со штоком 15 вертикального актуатора, перемещается в крайнее верхнее положение при помощи вертикального актуатора 16, преодолевая сжимающее усилие двух пружин 47 (фиг. 8, положение I). Между нижней кромкой ножа и верхней плоскости плиты нанесения слоев порошка образуется зазор Δ8. Механизм 3 нанесения слоев порошка вместе с поднятым ножом 17 перемещается в крайнее левое положение.In a computer-aided design (CAD) system, a three-dimensional 3D computer model of a part is created and divided into cross sections, which serve as the basis for layer-by-layer manufacturing of the part. CAD selects a strategy for melting the required zones with laser radiation in each section. The powder supply hopper 9 (FIG. 3) is filled with a reserve of powder to ensure the complete construction of the part. The top level of the powder must not be higher than the top plane of the powder coating plate. The construction table 6, rigidly coupled to the removable construction substrate 27, slides down so that the upper plane of the removable construction substrate is below the upper plane of the plate for applying powder layers. Door 52 is hermetically sealed (FIG. 1, FIG. 2). Knife 17, located in the body 19 of the knife and rigidly connected to the rod 15 of the vertical actuator, moves to the uppermost position with the help of the vertical actuator 16, overcoming the compressive force of the two springs 47 (Fig. 8, position I). A gap Δ8 is formed between the lower edge of the knife and the upper plane of the plate for applying powder layers. The mechanism 3 for applying layers of powder, together with the raised knife 17, moves to the leftmost position.

Запускается работа всех охладителей: водяной охладитель 23 ножа (фиг. 5), водяной охладитель 35 электропривода подачи, водяной охладитель 35 электропривода построения, газовый охладитель 39 сканатора, пирометра и тепловизора (фиг. 3).The operation of all coolers starts: water cooler 23 of the knife (Fig. 5), water cooler 35 of the feed electric drive, water cooler 35 of the build electric drive, gas cooler 39 of the scanner, pyrometer and thermal imager (Fig. 3).

Кольцевой нагреватель 11 бункера подачи и кольцевой нагреватель 11 бункера построения разогреваются до температуры 450°С (в зависимости от конкретного типа порошка, возможен разогрев до более низких температур). Контроль нагрева бункера 9 подачи порошка и бункера 8 построения детали осуществляется двумя термопарами 26 по одной на каждый. Плоский нагреватель 12 стола подачи и плоский нагреватель 12 стола построения 10 разогреваются до температуры 450°С (в зависимости от конкретного типа порошка, возможен разогрев до более низких температур) и через плотные соединения разогревают съемную подложку 55 подачи и съемную подложку 27 построения до температуры 450°С соответственно. Через съемную подложку 55 подачи и стенки бункера 9 подачи порошка порошок в бункере 9 подачи порошка разогревается до температуры 450°С. Двойной контроль нагрева съемной подложки 27 построения осуществляется пирометром 4 и тепловизором 33. Температурный контроль нагрева плиты 25 нанесения слоев порошка и верхнего слоя порошка в бункере 9 подачи порошка, осуществляется тепловизором 33.The annular heater 11 of the supply bin and the annular heater 11 of the build bin are heated to a temperature of 450°C (depending on the specific type of powder, heating to lower temperatures is possible). The heating control of the powder supply hopper 9 and the part building hopper 8 is carried out by two thermocouples 26, one for each. The flat heater 12 of the feed table and the flat heater 12 of the build table 10 are heated to a temperature of 450°C (depending on the specific type of powder, heating to lower temperatures is possible) and, through tight joints, the removable substrate 55 of the feed and the removable substrate 27 of the build are heated to a temperature of 450 °C, respectively. Through the removable substrate 55 supply and the wall of the powder supply hopper 9, the powder in the powder supply hopper 9 is heated to a temperature of 450°C. Dual control of the heating of the removable substrate 27 of the construction is carried out by the pyrometer 4 and the thermal imager 33. The temperature control of the heating of the plate 25 for applying layers of powder and the upper layer of powder in the powder supply hopper 9 is carried out by the thermal imager 33.

В герметичной камере 2 достигается необходимая чистота защитного газа (азот или аргон, или др.).In the sealed chamber 2, the required purity of the protective gas (nitrogen or argon, or others) is achieved.

Механизм 3 нанесения слоев порошка перемещается вправо до положения, при котором галогенный нагреватель 14 располагается над съемной подложкой 27 построения. Галогенный нагреватель 14 еще больше разогревает съемную подложу 27 построения с температуры 450°С до 600°С (возможна и другая температура, в зависимости от конкретного типа порошка). Двойной контроль нагрева съемной подложки 27 построения осуществляется пирометром 4 и тепловизором 33. Далее механизм 3 нанесения слоев порошка возвращается в крайнее левое положение (фиг. 8, положение 1). Такой нагрев съемной подложки 27 построения до 600°С осуществляется несколько раз, до тех пор, пока не прогреется все устройство и не произойдет стабилизация всех тепловых процессов в элементах устройства с целью минимизации в них тепловых деформаций. Контроль стабилизации тепловых процессов в элементах устройства осуществляется тепловизором 33. После стабилизации тепловых процессов зазор Δ8 превращается в зазор Δ7 (фиг. 8, положение II, нахождение ножа 17 для наглядности показано справа, однако реально нож 17 может находиться в любом месте) за счет тепловых деформаций элементов устройства. Далее верхняя плоскость съемной подложки построения поднимается над верхней плоскостью плиты нанесения слоев порошка на размер Δ4 (на фиг. 8 и фиг. 9 показано пунктиром). Механизм 3 нанесения слоев порошка перемещает до тех пор, пока нож 17 не окажется над центром съемной подложки 27 построения (фиг. 9). Вертикальный актуатор 16 перестает удерживать шток 15 вертикального актуатора электромотором (на фигурах не показан), в результате чего нож 17 вместе со штоком 15 вертикального актуатора под действием сил упругости сжатых двух пружин 47 и силы тяжести перемещается вниз до тех пор, пока плотно не прижмется к верхней плоскости съемной подложки построения. Четыре видеокамеры 40 (фиг. 4) за счет наличия у каждой необходимой подсветки 42, фильтра 43 и объектива 44 контролируют отсутствие щели между нижней кромкой ножа и верхней плоскостью съемной подложки построения. В случае, если видеокамеры 44 обнаруживают щель, нож 17 повторно поднимается вверх на зазор Δ7 и после опускается на верхнюю плоскость съемной подложки построения. Данные манипуляции проводятся до тех пор, пока все четыре видеокамеры 40 не зафиксируют отсутствие щели. После положение ножа 17 надежно фиксируется за счет прижима левой стороны ножа к левой внутренней стороне корпуса 19 ножа (фиг. 8, положение III). Прижим левой стороны ножа 17 к корпусу 19 ножа осуществляется двумя горизонтальными актуаторами 21 за счет штоков 20 горизонтального актуатора через опоры 49 и шарниры 22. Далее съемная подложка 27 построения опускается вниз на толщину первого слоя порошка Δ2. Точность реализации размера Δ2 задается энкодером 32 шагового мотора на валу шагового мотора 31 в электроприводе 30 построения детали. Четыре видеокамеры 40 с четырех сторон за счет сравнения получаемого видеоизображения зазора Δ2 с контрольными метками 18 (фиг. 10) проверяют точность реализации размера Δ2.The powder coating mechanism 3 moves to the right to a position where the halogen heater 14 is positioned above the removable build substrate 27 . The halogen heater 14 further heats the removable build pad 27 from 450° C. to 600° C. (other temperatures are possible, depending on the particular type of powder). Dual control of the heating of the removable substrate 27 of the construction is carried out by the pyrometer 4 and the thermal imager 33. Next, the mechanism 3 for applying powder layers returns to the extreme left position (Fig. 8, position 1). Such heating of the removable substrate 27 of the construction to 600°C is carried out several times, until the entire device warms up and all thermal processes in the device elements stabilize in order to minimize thermal deformations in them. The control of stabilization of thermal processes in the elements of the device is carried out by a thermal imager 33. After stabilization of thermal processes, the gap Δ8 turns into a gap Δ7 (Fig. 8, position II, the location of the knife 17 is shown on the right for clarity, however, in reality, the knife 17 can be located anywhere) due to thermal deformations of the device elements. Further, the upper plane of the removable construction substrate rises above the upper plane of the plate for applying powder layers by the size Δ4 (shown in dotted lines in Fig. 8 and Fig. 9). The mechanism 3 for applying layers of powder moves until the knife 17 is above the center of the removable construction substrate 27 (FIG. 9). The vertical actuator 16 ceases to hold the rod 15 of the vertical actuator by an electric motor (not shown in the figures), as a result of which the knife 17, together with the rod 15 of the vertical actuator, under the action of the elastic forces of the compressed two springs 47 and gravity moves down until it is firmly pressed against upper plane of the removable construction substrate. Four video cameras 40 (Fig. 4) due to the presence of the necessary backlight 42, filter 43 and lens 44 for each, control the absence of a gap between the lower edge of the knife and the upper plane of the removable construction substrate. If the video cameras 44 detect a gap, the knife 17 rises again to the gap Δ7 and then falls to the upper plane of the removable construction substrate. These manipulations are carried out until all four video cameras 40 record the absence of a gap. After the position of the knife 17 is securely fixed by pressing the left side of the knife to the left inner side of the body 19 of the knife (Fig. 8, position III). Pressing the left side of the knife 17 to the body 19 of the knife is carried out by two horizontal actuators 21 due to the rods 20 of the horizontal actuator through the supports 49 and hinges 22. Next, the removable substrate 27 of the construction is lowered down to the thickness of the first layer of powder Δ2. The implementation accuracy of the size Δ2 is set by the encoder 32 of the stepper motor on the shaft of the stepper motor 31 in the electric drive 30 of building the part. Four video cameras 40 from four sides by comparing the received video image of the gap Δ2 with control marks 18 (Fig. 10) check the accuracy of the implementation of the size Δ2.

Если реальный размер Δ2 отличается от заданного программно, то вычисляется величина коррекции перемещения, которая дополнительно отрабатывается шаговым мотором 31 с энкодером 32 шагового мотора в электроприводе 30 построения детали. Коррекции осуществляется до тех пор, пока видеокамеры 40 не зафиксируют точного совпадения реально размера Δ2 и заданного программно размера Δ2. Далее механизм 3 нанесения слоев порошка вместе с ножом 17 перемещается в левое положение нанесения порошка (фиг. 8, положение IV). Съемная подложка 55 подачи перемещается вверх до тех пор, пока порошок не образует над верхней плоскостью плиты нанесения порошка размер Δ6, а между нижней кромкой ножа и условным верхним уровнем порошка в бункере 9 подачи порошка - размер Δ6. Механизм 3 нанесения слоев порошка перемещает нож 17 в крайнее правое положение (на фигурах не показано). При данном перемещении нож 17 тащит перед собой разогретую «волну порошка», который наносится первым слоем на разогретую до 450°С съемную подложку 27 построения, а также сразу за нанесением первого слоя порошка галогенный нагреватель 14 на ходу разогревает этот слой до температуры 600°С. Излишки порошка сбрасываются в бункер 10 сбора излишков порошка. Контроль нагрева первого слоя порошка осуществляется пирометром 4 и тепловизором 33. Сканатор 5 плавит лазерным лучом необходимые зоны в нанесенном и разогретом первом слое порошка и приваривает их к верхней плоскости съемной подложки построения. Далее съемная подложка 27 построения опускается на толщину второго слоя порошка Δ2. Механизм 3 нанесения слоев порошка с ножом 17 перемещается в левое положение нанесения порошка (фиг. 8, положение IV). Съемная подложка 55 подачи поднимается на новую высоту, достаточную для нанесения порошка во втором слое (формирует опять размер Δ5). Механизм 3 нанесения слоев порошка с ножом 17 перемещаются в крайнее правое положение. Поверх первого слоя порошка наносится второй слой порошка и сразу же разогревается галогенным нагревателем 14 до температуры 600°С. Контроль нагрева второго слоя порошка осуществляется пирометром 4 и тепловизором 33. Сканатор 5 плавит лазерным лучом необходимые зоны в нанесенном и разогретом втором слое порошка и приваривает их к переплавленным зонам, сформированным в первом слое порошка. Далее процесс нанесения, подогрева и переплавления лазером отдельных зон порошка и приваривания их к переплавленым зонам в предыдущем слое повторяется до полного построения детали. После окончания построения всей детали она очень медленно, вместе с объемом не оплавленного порошка, в который она погружена и вместе с приваренной съемной подложкой 27 построения, остывает в устройстве при помощи программного управления следующими нагревателями: плоский нагреватель 12 стола построения, кольцевой нагреватель 11 бункера построения, галогенный нагреватель 14 (скорость охлаждения порядка 25°С в час). После полного остывания детали ее извлекают из устройства и отделяют от съемной подложкой 27 построения.If the actual size Δ2 differs from that specified by software, then the displacement correction value is calculated, which is additionally processed by the stepper motor 31 with the encoder 32 of the stepper motor in the electric drive 30 of building the part. Corrections are carried out until the video cameras 40 record an exact match between the actual size Δ2 and the software-defined size Δ2. Next, the mechanism 3 for applying powder layers together with the knife 17 moves to the left position for applying the powder (Fig. 8, position IV). The removable substrate 55 of the supply moves upward until the powder forms a size Δ6 above the upper plane of the powder application plate, and a size Δ6 between the lower edge of the knife and the conditional upper level of the powder in the powder supply hopper 9. The mechanism 3 for applying layers of powder moves the knife 17 to the extreme right position (not shown in the figures). With this movement, the knife 17 drags a heated “wave of powder” in front of it, which is applied as the first layer onto a removable substrate 27 heated to 450 ° C, and immediately after the first layer of powder is applied, the halogen heater 14 heats this layer on the go to a temperature of 600 ° C . Excess powder is discharged into the hopper 10 for collecting excess powder. The heating of the first powder layer is controlled by pyrometer 4 and thermal imager 33. Scanner 5 melts the necessary zones in the applied and heated first layer of powder with a laser beam and welds them to the upper plane of the removable construction substrate. Next, the removable construction substrate 27 is lowered to the thickness of the second powder layer Δ2. The mechanism 3 for applying layers of powder with a knife 17 moves to the left position for applying the powder (Fig. 8, position IV). The removable supply substrate 55 rises to a new height sufficient to deposit the powder in the second layer (forming again the dimension Δ5). The mechanism 3 for applying layers of powder with a knife 17 is moved to the extreme right position. A second layer of powder is applied over the first layer of powder and immediately heated by a halogen heater 14 to a temperature of 600°C. The heating of the second powder layer is controlled by pyrometer 4 and thermal imager 33. Scanator 5 melts the necessary zones in the deposited and heated second powder layer with a laser beam and welds them to the remelted zones formed in the first powder layer. Further, the process of deposition, heating and laser remelting of individual powder zones and welding them to the remelted zones in the previous layer is repeated until the part is completely built. After the construction of the entire part is completed, it very slowly, together with the volume of unmelted powder in which it is immersed and together with the welded removable substrate 27 of the construction, cools down in the device using the software control of the following heaters: a flat heater 12 of the construction table, an annular heater 11 of the construction bin , halogen heater 14 (cooling rate of the order of 25°C per hour). After complete cooling of the part, it is removed from the device and separated from the removable substrate 27 of the construction.

При этом всю последовательность технологических процессов осуществляют в автоматическом режиме в технологически регламентированных условиях посредством специальных программно-аппаратных средств благодаря общей системе управления устройством.At the same time, the entire sequence of technological processes is carried out automatically under technologically regulated conditions by means of special software and hardware due to a common device control system.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение надежности изготовления деталей методом селективного лазерного плавления и расширение спектра возможных к применению порошков за счет конструкции механизма нанесения порошка и конструкции расположения нагревателей с охладителями.Thus, the claimed set of essential features, reflected in the independent claim, provides the claimed technical result - increasing the reliability of manufacturing parts by selective laser melting and expanding the range of powders that can be used due to the design of the powder application mechanism and the design of the location of heaters with coolers.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.An analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the features indicated in the formula are essential and interconnected with the formation of a stable set of necessary features, unknown at the priority date from the prior art and sufficient to obtain the required synergistic (supertotal) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information testifies to the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для послойного спекания деталей сложной пространственной конфигурации из мелкодисперсного порошка с использованием электрического тока и лазерного излучения по данным трехмерной компьютерной модели;- an object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended for layer-by-layer sintering of parts of a complex spatial configuration from a fine powder using electric current and laser radiation according to a three-dimensional computer model;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the declared object in the form as it is characterized in the formula, the possibility of its implementation using the means and methods described above in the application or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- an object embodying the claimed technical solution, in its implementation, is capable of achieving the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the patentability criteria "novelty", "inventive step" and "industrial applicability" under the current legislation.

Claims

A device for producing products by selective laser melting, comprising a power frame, a sealed chamber mounted on it with a means for applying powdered material placed in it in the form of a mechanism for applying layers of powder installed with the possibility of horizontal reciprocating movement and forming a layer of the product, a pyrometer located above the sealed chamber and the scanner adjacent to it, the product construction and powder supply tables, the product construction hopper, the powder supply hopper and the excess powder collection bin, characterized in that it is equipped with annular heaters located on the product construction and powder supply bins, placed on the product construction and supply tables powder by flat heaters and a halogen heater mounted on the carriage of the powder layer application mechanism, while the powder layer application mechanism is made in the form of a vertical spring-loaded knife actuator attached to the rod with four control labels on four sides, on the body of which, connected with the rod of horizontal actuators by two hinges, a water cooler is installed.