RU2802607C1 - Method for additive manufacturing of metal, ceramic or composite products - Google Patents
Method for additive manufacturing of metal, ceramic or composite products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802607C1 RU2802607C1 RU2022125802A RU2022125802A RU2802607C1 RU 2802607 C1 RU2802607 C1 RU 2802607C1 RU 2022125802 A RU2022125802 A RU 2022125802A RU 2022125802 A RU2022125802 A RU 2022125802A RU 2802607 C1 RU2802607 C1 RU 2802607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- binder
- powder material
- powder
- metal
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическим процессам в металлургии и порошковой металлургии, а именно к технологии послойного синтеза сложных металлических изделий из порошковых материалов, с использованием порошка из по меньшей мере одного металла и по меньшей мере одного связующего. Изобретение может быть использовано при изготовлении металлических, металлокерамических, керамических и композитных изделий методом аддитивного производства (послойного синтеза) в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления металлических изделий для авиационной, автомобилестроительной, кораблестроительной и др. отраслях с высокой точностью и качеством поверхности. The invention relates to technological processes in metallurgy and powder metallurgy, namely to the technology of layer-by-layer synthesis of complex metal products from powder materials, using powder from at least one metal and at least one binder. The invention can be used in the manufacture of metal, metal-ceramic, ceramic and composite products using the additive manufacturing method (layer-by-layer synthesis) in various branches of mechanical engineering, for example, for the production of metal products for the aviation, automotive, shipbuilding and other industries with high precision and surface quality.
Из уровня техники известен способ изготовления изделий из металлических порошков RU 2713254 С1, 04.02.2020, согласно которому смесь металлического порошка со связующим готовят в виде пасты в соотношении 78-82% металлического порошка, 18-22% связующего. В качестве связующего используют жидкое стекло, а в качестве металлического порошка - чугунную стружку. Формирование заготовки по цифровой модели ведут слой за слоем посредством экструзионной печати на 3D-принтере. Полученную заготовку спекают и одновременно пропитывают бронзой. Обеспечивается изготовление изделий безпрессовым порошковым спеканием.A method of manufacturing products from metal powders RU 2713254 C1, 02/04/2020 is known from the prior art, according to which a mixture of metal powder with a binder is prepared in the form of a paste in the ratio of 78-82% metal powder, 18-22% binder. Liquid glass is used as a binder, and cast iron shavings are used as metal powder. The workpiece is formed according to a digital model layer by layer using extrusion printing on a 3D printer. The resulting workpiece is sintered and simultaneously impregnated with bronze. Products are manufactured using pressless powder sintering.
К недостаткам известного способа можно отнести низкую производительность, и низкую точность полученных изделий, что обусловлено используемой экструзионной технологией печати.The disadvantages of the known method include low productivity and low accuracy of the resulting products, which is due to the extrusion printing technology used.
Из уровня техники известен способ изготовления объемных изделий из порошковой композиции (RU 95110182 А1, 10.04.1997), включающий последовательное послойное размещение порошковой композиции в станке для селективного лазерного синтеза (далее СЛС), обработку каждого слоя лазерным излучением (далее ЛИ) по заданному контуру и извлечение полученного изделия из станка с удалением порошковой композиции, не принявшей участия в формировании объемного изделия.The prior art knows a method for manufacturing bulk products from a powder composition (RU 95110182 A1, 04/10/1997), including sequential layer-by-layer placement of a powder composition in a machine for selective laser synthesis (hereinafter referred to as SLS), processing of each layer with laser radiation (hereinafter referred to as LR) along a given contour and removing the resulting product from the machine with removal of the powder composition that did not take part in the formation of the volumetric product.
К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что способ характеризуется большими и резкими перепадами температур в зоне спекания, что приводит к появлению внутренних напряжений в материале, короблению, растрескиванию и снижению прочности и качества модели.The disadvantages of the known technical solution include the fact that the method is characterized by large and sharp temperature changes in the sintering zone, which leads to the appearance of internal stresses in the material, warping, cracking and a decrease in the strength and quality of the model.
Из уровня техники известен способ изготовления объемных изделий из порошковых композиций RU 2217265 С2, 27.11.2003. Способ включает размещение порошковой композиции в станке для лазерного синтеза объемных изделий и лазерную обработку послойно формируемого объемного изделия, извлечение его из станка с удалением порошковой композиции, не принявшей участия в формировании объемного изделия. В качестве порошковой композиции используют просеянные порошковые смеси на основе никеля-алюминия, никеля-титана, алюминия и титана для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, в соответствии со стехиометрическим составом. Изделия после извлечения их из станка и удаления порошковой композиции, не принявшей участия в формировании, инфильтруют поливинил ацетатом или эпоксидным клеем с последующей просушкой.A method for manufacturing bulk products from powder compositions RU 2217265 C2, 11/27/2003 is known from the prior art. The method includes placing a powder composition in a machine for laser synthesis of volumetric products and laser processing of a layer-by-layer formed volumetric product, removing it from the machine with removing the powder composition that did not take part in the formation of the volumetric product. As a powder composition, sifted powder mixtures based on nickel-aluminium, nickel-titanium, aluminum and titanium are used for self-propagating high-temperature synthesis, in accordance with the stoichiometric composition. After removing the products from the machine and removing the powder composition that did not take part in the formation, they are infiltrated with polyvinyl acetate or epoxy glue, followed by drying.
К недостатку известного технического решения следует отнести низкую производительность, а также невозможность производить изделия сложной формы. Данные недостатки обусловлены используемой технологией лазерного синтеза объемных изделий методом селективного лазерного спекания. Данное решение принято за протопит.The disadvantages of the known technical solution include low productivity, as well as the inability to produce products of complex shapes. These disadvantages are due to the technology used for laser synthesis of bulk products using selective laser sintering. This decision was made for the sinking.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение является устранение недостатков известного уровня техники, а также повышение доступности аддитивных технологий для производства металлических изделий для различных областей промышленности. Кроме того, задачей является исключение традиционных операций при получении мелкосерийных, единичных изделий, а также прототипов изделий, изготавливая изделия напрямую из металлического порошка послойным синтезом, что позволит получить изделия сложной формы и сократить сроки производства.The task to which the present invention is aimed is to eliminate the shortcomings of the known level of technology, as well as to increase the availability of additive technologies for the production of metal products for various fields of industry. In addition, the goal is to eliminate traditional operations in the production of small-scale, single products, as well as product prototypes, by manufacturing products directly from metal powder using layer-by-layer synthesis, which will make it possible to obtain products of complex shapes and reduce production time.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышение сложности изделий за счет применения технологии аддитивного производства и послойного синтеза, повышение точности изделия за счет применения многосопловых пьезоэлектрических печатающих головок с крайне малым диаметром капли, что позволяет формировать слой толщиной от 10 до 200 мкм, а также одновременно за счет снижения силы внутреннего трения в наносимых слоях порошковых материалов, за счет вибрационного воздействия в наносимом материале, обеспечить повышение точности изделия, его прочности и однородности укладки порошкового материала.The technical result achieved when using the claimed invention is to increase the complexity of products through the use of additive manufacturing technology and layer-by-layer synthesis, increasing the accuracy of the product through the use of multi-nozzle piezoelectric print heads with an extremely small droplet diameter, which allows the formation of a layer with a thickness of 10 to 200 microns , and also at the same time, by reducing the force of internal friction in the applied layers of powder materials, due to the vibration effect in the applied material, to ensure an increase in the accuracy of the product, its strength and uniformity of laying of the powder material.
Кроме того, еще одним преимуществом заявляемого способа по сравнению с другими методами аддитивной обработки является то, что процесс формования происходит при комнатной температуре и атмосфере (давления), что позволяет избежать проблем, связанных с окислением, остаточным напряжением, сегрегацией элементов и фазовыми переходами, несвязанный порошок легко перерабатывается, что позволяет отказаться от использования дорогостоящих герметичных камер для вакуума или инертизации рабочего объема машины.In addition, another advantage of the proposed method compared to other additive processing methods is that the molding process occurs at room temperature and atmosphere (pressure), which avoids problems associated with oxidation, residual stress, segregation of elements and phase transitions, unrelated The powder is easily processed, which eliminates the need for expensive sealed chambers for vacuum or inerting the working volume of the machine.
Другим немаловажным преимуществом по сравнению с известными техническими решениями является то, что при реализации заявляемого способа аддитивного производства металлических, металлокерамических, керамических и композитных изделий из порошковых материалов не требуется создание поддерживающих структур, необходимых для других технологий послойного синтеза.Another important advantage compared to known technical solutions is that when implementing the proposed method for the additive production of metal, metal-ceramic, ceramic and composite products from powder materials, the creation of supporting structures necessary for other layer-by-layer synthesis technologies is not required.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что способ аддитивного производства металлических, металлокерамических, керамических и композитных изделий, включает:The essence of the claimed invention lies in the fact that the method of additive production of metal, metal-ceramic, ceramic and composite products includes:
a. нанесение слоя порошкового материала на рабочую поверхность;a. applying a layer of powder material to the working surface;
b. скрепление порошкового материала в участках нанесенного слоя порошка;b. bonding the powder material in areas of the applied powder layer;
c. опускание рабочей платформы на величину слоя;c. lowering the working platform by the amount of the layer;
d многократно повторение стадий «а», «b» и «с» до получения заготовки металлического (металлокерамического, керамического, композиционного) изделия из отвержденного порошкового материала и связующего компонента;d repeating stages “a”, “b” and “c” many times until a metal (cermet, ceramic, composite) product is obtained from a cured powder material and a binder component;
при этом скрепление порошкового материала осуществляют жидким связующим, подаваемым в участки нанесенного слоя порошка; порошковый материал выбирают из группы металлов, металлокерамики, керамика, композитных материалов и их смесей; в процессе нанесения каждого слоя осуществляют вибрационное воздействие на порошковый материал в месте разравнивания порошка разравнивающим устройством; подачу порошка для нанесения нового слоя осуществляют из устройства подачи в зону рабочей платформы перед устройством разравнивания, толщина слоя порошка составляет от 10 до 200 мкм; связующий материал подают через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки; после чего, при необходимости в соответствии с используемым типом связующего, осуществляют окончательное отверждение связующего путем нагрева всего рабочего объема вместе с заготовками и выдержкой в течение времени, необходимого для обеспечения отверждения, или осуществляют окончательное отверждение продувкой газом или ультразвуковым воздействием или микроволновым воздействием или электромагнитным воздействием, обеспечивающим отверждение связующего; либо используют самотвердеющие связующие (например расплавленный воск, цианокрилаты и т.п.) затем извлекают и очищают заготовку из рабочего объема, выжигают связующий материал из заготовок, спекают заготовки в монолитное изделие или пропитывают металлом (способ инфильтрация).in this case, the powder material is bonded with a liquid binder supplied to the areas of the applied powder layer; the powder material is selected from the group of metals, metal-ceramics, ceramics, composite materials and mixtures thereof; in the process of applying each layer, vibration is applied to the powder material at the place where the powder is leveled with a leveling device; The powder for applying a new layer is supplied from the supply device to the area of the working platform in front of the leveling device, the thickness of the powder layer ranges from 10 to 200 microns; the binder material is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads; after which, if necessary, in accordance with the type of binder used, the final cure of the binder is carried out by heating the entire working volume together with the workpieces and holding for the time necessary to ensure curing, or the final cure is carried out by gas purge or ultrasonic influence or microwave influence or electromagnetic influence , ensuring the hardening of the binder; or they use self-hardening binders (for example, molten wax, cyanoacrylates, etc.), then remove and clean the workpiece from the working volume, burn out the binder material from the workpieces, sinter the workpieces into a monolithic product or impregnate them with metal (infiltration method).
Кроме того, также сущность технического решения заявляемого изобретения заключается в том, что средний диаметр частиц порошкового материала, определенный при помощи ситового анализа, составляет от 1 до 100 мкм, предпочтительно от 5 до 40 мкм; устройство для нанесения связующего располагают на расстоянии не более 3 мм от обрабатываемого слоя; вибрационное воздействие осуществляют от вибрации механизма подачи устройств подачи и разравнивания смеси; вибрационное воздействие осуществляют ультразвуковым или электромагнитным вибратором, расположенным на устройстве разравнивания; подачу порошкового материала для нанесения нового слоя из устройства подачи осуществляется равномерно, с количеством порошка в единицу времени необходимым и достаточным для формирования слоя; подачу порошка для нанесения нового слоя из устройства подачи осуществляют дискретно, порционно с количеством порошка необходимым и достаточным для формирования слоя; содержание связующего материала составляет от 20 до 100% уровня насыщения порошка (процент заполнения связующим материалом объема пустот в порошковом материале); размер (объем) капли связующего компонента подаваемого через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки составляет от 1 до 200 пл, плотность распределения капель (разрешение печати) находится в диапазоне 100-900 точек на дюйм (dpi).In addition, the essence of the technical solution of the claimed invention is that the average particle diameter of the powder material, determined using sieve analysis, is from 1 to 100 μm, preferably from 5 to 40 μm; the device for applying the binder is located at a distance of no more than 3 mm from the layer being treated; the vibration effect is carried out from the vibration of the feed mechanism of the mixture feeding and leveling devices; the vibration effect is carried out by an ultrasonic or electromagnetic vibrator located on the leveling device; the supply of powder material for applying a new layer from the feeder is carried out evenly, with the amount of powder per unit time necessary and sufficient to form a layer; the supply of powder for applying a new layer from the feeder is carried out discretely, in portions with the amount of powder necessary and sufficient to form a layer; the content of the binder material is from 20 to 100% of the powder saturation level (the percentage of filling of the volume of voids in the powder material with the binder material); The size (volume) of a droplet of the binding component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 1 to 200 pl, the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100-900 dots per inch (dpi).
Кроме того, также сущность технического решения заявляемого изобретения заключается в том, что после нанесения связующего материала на каждом слое поверхность порошкового материала дополнительно подвергается тепловому воздействия, нагрев всего рабочего объема вместе с заготовками для окончательного отверждения связующего, осуществляют до температуры 40-500°С. Выжигание осуществляют при температуре от 300 до 1000°С в зависимости от типа связующего материала.In addition, the essence of the technical solution of the claimed invention lies in the fact that after applying the binder material on each layer, the surface of the powder material is additionally subjected to thermal influence, heating the entire working volume along with the workpieces for final curing of the binder is carried out to a temperature of 40-500°C. Burning is carried out at temperatures from 300 to 1000°C, depending on the type of binder material.
Таким образом, при использовании заявляемого способа повышается сложность изделий за счет применения технологии аддитивного производства и послойного синтеза. Повышается точность изделия за счет применения многосопловых пьезоэлектрических печатающих головок с крайне малым диаметром капли, что позволяет наносить толщины слоя связующего материала до 10 мкм. Применение предлагаемого способа обеспечивает возможность изготавливать металлические изделия любой конфигурации в кратчайшие сроки, что значительно ускоряет вывод продукта на рынок, повышает индивидуализацию производства и скорость реагирования на новые потребности рынки и машиностроения. Кроме того, заявляемая совокупность операций аддитивного производства позволяет повысить производительность и качество нанесения слоя за счет снижения силы внутреннего трения, а именно за счет вибрационного воздействия в наносимом материале, что в свою очередь также повышает точность изделия, его прочность и однородность укладки порошкового материала.Thus, when using the proposed method, the complexity of products increases due to the use of additive manufacturing technology and layer-by-layer synthesis. The accuracy of the product is increased through the use of multi-nozzle piezoelectric print heads with an extremely small droplet diameter, which allows the application of binder material layer thicknesses of up to 10 microns. The use of the proposed method provides the ability to produce metal products of any configuration in the shortest possible time, which significantly speeds up the introduction of the product to the market, increases the individualization of production and the speed of response to new needs of markets and mechanical engineering. In addition, the claimed set of additive manufacturing operations makes it possible to increase the productivity and quality of layer application by reducing the force of internal friction, namely due to the vibration effect in the applied material, which in turn also increases the accuracy of the product, its strength and the uniformity of laying of the powder material.
Также за счет снижения внутреннего трения повышается скорость нанесения порошковых материалов, что ведет к повышению производительности технологического процесса в целом.Also, by reducing internal friction, the rate of application of powder materials increases, which leads to increased productivity of the technological process as a whole.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемой иллюстрацией, на которой изображена схема реализации способа аддитивного производства удаляемых литейных моделей из порошковых материалов, гдеThe essence of the proposed invention is illustrated by the following description and the accompanying illustration, which shows a diagram of the implementation of a method for the additive production of removable casting models from powder materials, where
1 - порошковый материал1 - powder material
2 - разравнивающее устройство2 - leveling device
3 - рабочая платформа3 - working platform
4 - литейная модель4 - casting model
5 - новый слой5 - new layer
6 - рабочая камера6 - working chamber
7 - неутвержденный порошок7 - unapproved powder
8 - печатающая головка8 - print head
9 - связующий компонент9 - binding component
10 - внесение связующего компонента10 - adding a binder component
11 - металл для пропитки (инфильтрации)11 - metal for impregnation (infiltration)
Со ссылкой на фиг. стрелками а, b, с показаны процессы предлагаемого способа: нанесение слоя порошкового материала 1 на рабочую платформу 2, внесение связующего материала 9 в программно-определенные участки нанесенного слоя порошка для скрепления частиц порошка в выбранных участках, опускание рабочей платформы 3 на величину слоя соответственно. Данные этапы многократно повторяют до получения заготовки металлического, металлокерамического, керамического или композиционного изделия из отвержденного порошкового материала и связующего компонента.With reference to FIG. arrows a, b, c show the processes of the proposed method: applying a layer of powder material 1 to the working platform 2, introducing a binder material 9 into program-defined areas of the applied powder layer to bind powder particles in selected areas, lowering the working platform 3 by the amount of the layer, respectively. These steps are repeated many times until a workpiece of a metal, metal-ceramic, ceramic or composite product is obtained from a cured powder material and a binder component.
Порошковый материал 1 выбирают из группы, содержащей металлы, металлокерамику, керамику, композиты. Средний диаметр частиц порошкового материала, определенный при помощи ситового анализа, составляет от 1 до 100 мкм, предпочтительно от 5 до 40 мкм. Порошковый материал или их смеси наносят на рабочую платформу 3.Powder material 1 is selected from the group containing metals, metal-ceramics, ceramics, and composites. The average particle diameter of the powder material, determined by sieve analysis, is from 1 to 100 μm, preferably from 5 to 40 μm. Powder material or mixtures thereof are applied to the working platform 3.
Затем для скрепления порошкового материала подают жидкий связующий компонент 9 в участки нанесенного слоя порошкового материала. Связующий подают через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки 8 (процесс нанесения показан поз.10) с толщиной нанесения слоя от 10 до 200 мкм. При этом печатающие головки располагают на расстоянии не более 3 мм от обрабатываемого слоя.Then, to bind the powder material together, a liquid binding component 9 is supplied to the areas of the applied layer of powder material. The binder is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads 8 (the application process is shown in position 10) with a layer thickness of 10 to 200 microns. In this case, the print heads are placed at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed.
Размер (объем) капли связующего компонента, подаваемого через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки, составляет от 1 до 200пл, плотность распределения капель (разрешение печати) находится в диапазоне 100-900 точек на дюйм (dpi).The size (volume) of a droplet of the binder component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 1 to 200pl, the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100-900 dots per inch (dpi).
Содержание связующего материала составляет от 20 до 100% уровня насыщения (процент заполнения связующим материалом объема пустот в порошковом материале).The binder content ranges from 20 to 100% of the saturation level (percentage of void volume in the powder material filled with binder material).
Связующий компонент выбирают в зависимости от типа порошкового материала (метал, неметалл, смесь): карнаубский воск, парафин (парафиновый воск), полиэтиленовый воск (РЕ WAX) или связующее на кислотной основе, где связывание порошка регулируется реакцией на кислотной основе, связующее на основе солей металлов, где связь между частицами порошка может образовываться в результате рекристаллизации соли или реакции замещения соли, или связующее (на основе растворителя или на водной основе), создающее заданную структуру после испарения растворителя (например поливиниловый спирт), а также самотвердеющие на воздухе связующие (например цианокрилаты).The binding component is selected depending on the type of powder material (metal, non-metal, mixture): carnauba wax, paraffin wax (paraffin wax), polyethylene wax (PE WAX) or an acid-based binder, where the binding of the powder is controlled by the reaction of the acid-based binder metal salts, where the bond between powder particles can be formed as a result of salt recrystallization or salt substitution reaction, or a binder (solvent-based or water-based) that creates a desired structure after evaporation of the solvent (for example, polyvinyl alcohol), as well as self-hardening binders in air ( for example cyanoacrylates).
Повторяют послойное нанесение порошкового материала на рабочую поверхность, причем подачу порошка осуществляют в зону перед устройством разравнивания 2. Подачу порошкового материала осуществляют равномерно с количеством порошка в единицу времени необходимым и достаточным для формирования слоя или осуществляют дискретно, порционно с количеством порошка необходимым и достаточным для формирования слоя.The layer-by-layer application of the powder material on the working surface is repeated, and the powder is supplied to the zone in front of the leveling device 2. The supply of the powder material is carried out evenly with the amount of powder per unit of time necessary and sufficient for the formation of a layer or carried out discretely, portionwise with the amount of powder necessary and sufficient for the formation layer.
В процессе нанесения каждого слоя осуществляют вибрационное воздействие на порошковый материал на глубину наносимого слоя в месте разравнивания порошка разравнивающим устройством 2. Вибрационное воздействие осуществляют от вибрации механизма подачи устройств подачи и разравнивания порошка или ультразвуковым (электромагнитным) вибратором, расположенным на устройстве разравнивания.During the application of each layer, a vibration effect is applied to the powder material to the depth of the applied layer in the place where the powder is leveled by leveling device 2. The vibration effect is carried out from the vibration of the feed mechanism of the powder feeding and leveling devices or from an ultrasonic (electromagnetic) vibrator located on the leveling device.
После нанесения связующего материала добиваются его отверждения (если не используется самотвердеющее связующее). Для отверждения связующего компонента нагревом каждый слой поверхности порошкового материала подвергают тепловому воздействию. Нагрев всего рабочего объема вместе с заготовками осуществляется до температуры 40-500°С. Для отверждения связующего могут использовать иные известные способы, обеспечивающие отверждение связующего, например, продувка газом, ультразвуковое воздействие, микроволновое воздействие или электромагнитное воздействие.After applying the binder material, it is cured (if a self-hardening binder is not used). To cure the binder component by heat, each layer of the surface of the powder material is exposed to heat. The entire working volume, together with the workpieces, is heated to a temperature of 40-500°C. Other known methods for curing the binder may be used to cure the binder, such as gas purge, ultrasonic, microwave, or electromagnetic effects.
После отверждения извлекают заготовку из рабочего объема, очищают, выжигают связующий материала из заготовки для удаления несвязанного порошка. Выжигание осуществляют при температуре от 300 до 1000°С в зависимости от типа связующего материала.After curing, the workpiece is removed from the working volume, cleaned, and the binder material is burned out of the workpiece to remove unbound powder. Burning is carried out at temperatures from 300 to 1000°C, depending on the type of binder material.
На заключительном этапе спекают или пропитывают заготовки металлом (способ инфильтрация) в монолитное изделие.At the final stage, the workpieces are sintered or impregnated with metal (infiltration method) into a monolithic product.
Для реализации изобретения используют известное оборудование, например, установка BPrint M-Maxi или BPrint M-Mini.To implement the invention, known equipment is used, for example, a BPrint M-Maxi or BPrint M-Mini installation.
Далее показаны примеры реализации предлагаемого способа.The following shows examples of implementation of the proposed method.
Пример № 1Example No. 1
Для создания рабочего колеса насоса использовали порошковый материал нирезист. Средний диаметр частиц порошкового материала 20 мкм. В ходе эксперимента нирезист наносили на рабочую платформу 3Д принтера слоем толщиной 5 диаметров частиц порошкового материала. Затем вносили 1% связующего от массы порошка. В качестве связующего использовали полиэтиленовый воск (РЕ WAX). Связующий компонент подавали через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки объемом каждой капли 30 пл, с плотностью распределения капли 600 точек на дюйм, при этом печатающую головку располагали на расстоянии 2 мм от обрабатываемого слоя. Коэффициент заполнения пустот составлял 0,8. Затем последовательно наносили так 500 слоев, причем при каждом новом слое осуществляли вибрационное воздействие на глубину 5 диаметров частиц порошкового материала. Подачу порошкового материала осуществляли в зону перед устройством разравнивания, а вибрационное воздействие осуществляли ультразвуковым вибратором, расположенном на устройстве разравнивания. Нагрев для отверждения для данного связующего не производился, выжигание осуществлялось при температуре 500°С в течение 3 часов. Спекание осуществлялось при температуре 1200°С в течение 2 часов. Полученное сложное изделие - рабочее колесо насоса соответствует высокому качеству, на его производство при проведении эксперимента потребовалось 12 часов.Niresist powder material was used to create the pump impeller. The average particle diameter of the powder material is 20 microns. During the experiment, niresist was applied to the working platform of a 3D printer in a layer 5 diameters of powder material particles. Then 1% of the binder by weight of the powder was added. Polyethylene wax (PE WAX) was used as a binder. The binder component was fed through multi-nozzle piezoelectric print heads with a volume of each drop of 30 pl, with a drop distribution density of 600 dpi, while the print head was located at a distance of 2 mm from the processed layer. The void filling coefficient was 0.8. Then 500 layers were applied sequentially, and with each new layer a vibration effect was applied to a depth of 5 particle diameters of the powder material. The powder material was supplied to the area in front of the leveling device, and the vibration effect was carried out by an ultrasonic vibrator located on the leveling device. Heating for curing was not performed for this binder; burning was carried out at a temperature of 500°C for 3 hours. Sintering was carried out at a temperature of 1200°C for 2 hours. The resulting complex product - a pump impeller - is of high quality; its production during the experiment took 12 hours.
Пример № 2Example No. 2
Для создания поршня для беспилотного летательного аппарата использовали порошковый материал AlSil0Mg. Средний диаметр частиц порошкового материала 50 мкм. В ходе эксперимента AlSil0Mg наносили на рабочую платформу 3Д принтера слоем толщиной 2 диаметров частиц порошкового материала. Затем вносили 1.2% связующего от массы порошка. В качестве связующего использовали водный раствор поливинилового спирта. Связующий компонент подавали через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки объемом каждой капли 30 пл, с плотностью распределения капли 650 точек на дюйм, при этом печатающую головку располагали на расстоянии 2 мм от обрабатываемого слоя. Коэффициент заполнения пустот составлял 0,65. Затем последовательно наносили так 1300 слоев, причем при каждом новом слое осуществляли вибрационное воздействие на глубину 2 диаметров частиц порошкового материала. Подачу порошкового материала осуществляли в зону перед устройством разравнивания, а вибрационное воздействие осуществляли электрмагнитным вибратором, расположенном на устройстве разравнивания. Нагрев для отверждения для данного связующего производился при температуре 100°С, выжигание осуществлялось в два этапа, 1-ый при температуре 230°С в течение 3 часов, затем при температуре 350°С в течение 2 часов. Спекание осуществлялось при температуре 550°С в течение 3 часов. Полученное сложное изделие - поршень для беспилотного летательного аппарата соответствует высокому качеству, на его производство при проведении эксперимента потребовалось 18 часов.AlSil0Mg powder material was used to create a piston for an unmanned aerial vehicle. The average particle diameter of the powder material is 50 microns. During the experiment, AlSil0Mg was applied to the working platform of a 3D printer in a layer 2 diameters of powder material particles. Then 1.2% of the binder by weight of the powder was added. An aqueous solution of polyvinyl alcohol was used as a binder. The binder component was fed through multi-nozzle piezoelectric print heads with a volume of each drop of 30 pl, with a drop distribution density of 650 dpi, while the print head was located at a distance of 2 mm from the processed layer. The void filling coefficient was 0.65. Then 1300 layers were applied sequentially, and with each new layer a vibration effect was applied to a depth of 2 particle diameters of the powder material. The powder material was supplied to the area in front of the leveling device, and the vibration effect was carried out by an electromagnetic vibrator located on the leveling device. Heating for curing for this binder was carried out at a temperature of 100°C, burning was carried out in two stages, 1st at a temperature of 230°C for 3 hours, then at a temperature of 350°C for 2 hours. Sintering was carried out at a temperature of 550°C for 3 hours. The resulting complex product - a piston for an unmanned aerial vehicle - is of high quality; its production during the experiment took 18 hours.
Таким образом, заявляемое изобретение, способа аддитивного производства удаляемых литейных моделей из порошковых материалов позволяет повысить сложность изделий за счет применения технологии аддитивного производства и послойного синтеза, повысить точность изделия за счет применения многосопловых пьезоэлектрических печатающих головок с крайне малым диаметром капли, что позволяет формировать слой толщиной от 10 до 100 мкм, а также за счет снижения силы внутреннего трения в наносимых слоях порошковых материалов, за счет вибрационного воздействия в наносимом материале, в свою очередь также повысить точность изделия, его прочность и однородность укладки порошкового материала.Thus, the claimed invention, a method for the additive production of removable casting models from powder materials, allows increasing the complexity of products through the use of additive manufacturing technology and layer-by-layer synthesis, increasing the accuracy of the product through the use of multi-nozzle piezoelectric print heads with an extremely small droplet diameter, which allows the formation of a thick layer from 10 to 100 microns, and also by reducing the force of internal friction in the applied layers of powder materials, due to the vibration effect in the applied material, in turn, also increasing the accuracy of the product, its strength and uniformity of laying of the powder material.
Claims (12)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802607C1 true RU2802607C1 (en) | 2023-08-30 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4336694A1 (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-04 | Inst Neue Mat Gemein Gmbh | Process for the production of metal and ceramic sintered bodies and layers |
RU2217265C2 (en) * | 2000-01-28 | 2003-11-27 | Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Method for making three-dimensional articles of powder compositions |
RU2230628C1 (en) * | 2003-03-21 | 2004-06-20 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making article of composite metallic material |
CN106001572A (en) * | 2016-07-07 | 2016-10-12 | 四川三阳永年增材制造技术有限公司 | Selective laser sintering method for preparing zero-expansion/shrinkage-rate metal parts |
US20170312824A1 (en) * | 2015-01-14 | 2017-11-02 | Digital Metal Ab | Additive manufacturing method, method of processing object data, data carrier, object data processor and manufactured object |
RU2699492C2 (en) * | 2018-05-30 | 2019-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" (ООО "НПО "Центротех") | Method of producing tubular filter elements |
WO2019226815A1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | Markforged, Inc. | Sinterable separation material in additive manufacturing |
RU2713254C1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Центр компетенций аддитивных технологий" (ООО "МИП "ЦКАТ") | Method of making articles from metal powders |
RU2759104C1 (en) * | 2021-02-10 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» | Method for producing metal products from powder material by layer-layer laser synthesis method using deformation treatment |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4336694A1 (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-04 | Inst Neue Mat Gemein Gmbh | Process for the production of metal and ceramic sintered bodies and layers |
RU2217265C2 (en) * | 2000-01-28 | 2003-11-27 | Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Method for making three-dimensional articles of powder compositions |
RU2230628C1 (en) * | 2003-03-21 | 2004-06-20 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making article of composite metallic material |
US20170312824A1 (en) * | 2015-01-14 | 2017-11-02 | Digital Metal Ab | Additive manufacturing method, method of processing object data, data carrier, object data processor and manufactured object |
CN106001572A (en) * | 2016-07-07 | 2016-10-12 | 四川三阳永年增材制造技术有限公司 | Selective laser sintering method for preparing zero-expansion/shrinkage-rate metal parts |
WO2019226815A1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | Markforged, Inc. | Sinterable separation material in additive manufacturing |
RU2699492C2 (en) * | 2018-05-30 | 2019-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" (ООО "НПО "Центротех") | Method of producing tubular filter elements |
RU2713254C1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Центр компетенций аддитивных технологий" (ООО "МИП "ЦКАТ") | Method of making articles from metal powders |
RU2759104C1 (en) * | 2021-02-10 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» | Method for producing metal products from powder material by layer-layer laser synthesis method using deformation treatment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gibson et al. | Binder jetting | |
Pelz et al. | Additive manufacturing of structural ceramics: a historical perspective | |
JP6519100B2 (en) | Sinter-forming method, liquid binder, and sinter-formed product | |
RU2668107C1 (en) | Method of manufacturing products from powder ceramic materials | |
US20160083304A1 (en) | Additive manufacturing of ceramic turbine components by partial transient liquid phase bonding using metal binders | |
JP6000342B2 (en) | Method and apparatus for producing molded body | |
CN112521130B (en) | Preparation method of ceramic part based on 3D printing technology | |
US8186565B1 (en) | Method of bonding aluminum-boron-carbon composites | |
US20170165865A9 (en) | Exothermic powders for additive manufacturing | |
TW201936296A (en) | Geometry for debinding 3D printed parts | |
JP2016527161A (en) | Additional production of ceramic turbine components by transient liquid phase bonding using metal or ceramic binders | |
JP2000510805A (en) | Method for producing preform by selective gelation of powder suspension | |
US20220032498A1 (en) | Method for producing a counter-form and method for manufacturing a part having a complex shape using such a counter-form | |
CN116535220A (en) | Degreasing sintering method of silicon nitride ceramic powder product | |
US11090726B2 (en) | Apparatus and method for three-dimensional metal printing | |
RU2802607C1 (en) | Method for additive manufacturing of metal, ceramic or composite products | |
CN109451732A (en) | Heat release powder for increasing material manufacturing | |
JP6988768B2 (en) | Metal complex manufacturing method and metal complex | |
Lenk | Rapid prototyping of ceramic components | |
Bala et al. | A review on binder jetting fabrication: Materials, characterizations and challenges | |
US20220203454A1 (en) | Manufacturing method with additive component production and post-processing | |
Klocke et al. | Selective laser sintering of zirconium silicate | |
RU2707307C1 (en) | Method of forming semi-finished articles of complex shape from silicon powder | |
RU2699144C1 (en) | Method of making a product from refractory materials by three-dimensional printing | |
JP2019081958A (en) | Sintering shaping method, liquid binder, and sintered shaped article |