[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2423203C2 - Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей - Google Patents

Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей Download PDF

Info

Publication number
RU2423203C2
RU2423203C2 RU2009129793/02A RU2009129793A RU2423203C2 RU 2423203 C2 RU2423203 C2 RU 2423203C2 RU 2009129793/02 A RU2009129793/02 A RU 2009129793/02A RU 2009129793 A RU2009129793 A RU 2009129793A RU 2423203 C2 RU2423203 C2 RU 2423203C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
powder
sintering
laser
synthesis
Prior art date
Application number
RU2009129793/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009129793A (ru
Inventor
Олег Сергеевич Сироткин (RU)
Олег Сергеевич Сироткин
Сергей Борисович Рыцев (RU)
Сергей Борисович Рыцев
Анатолий Иванович Тимофеев (RU)
Анатолий Иванович Тимофеев
Евгений Иванович Филиппов (RU)
Евгений Иванович Филиппов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России), Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2009129793/02A priority Critical patent/RU2423203C2/ru
Publication of RU2009129793A publication Critical patent/RU2009129793A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2423203C2 publication Critical patent/RU2423203C2/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству изделий с применением технологии лазерного послойного синтеза. Может применяться в различных отраслях машино- и авиастроения. Способ послойного лазерного синтеза объемных порошковых деталей включает дозированную послойную подачу порошка на рабочий стол с обеспечением формирования слоя заданной толщины. Выравнивание слоя порошка осуществляют с помощью регулируемого по высоте ножа, после чего проводят уплотнение валиком в режиме свободного качения. Избыточное количество порошка удаляют и спекают лучом лазера. Способ позволяет повысить качество спекания детали за счет выравнивания каждого слоя порошка с достижением его оптимальной плотности, обеспечивающей поверхностную активность микрочастиц при спекании. 2 ил.

Description

Область техники
Способ относится к технологическим процессам, области порошковой металлургии, производству изделий из металлических, керамических порошков с проведением процесса их спекания, а именно к технологии изготовления сложных деталей из мелкодисперсного порошка с применением технологии лазерного послойного синтеза, и может найти применение в различных отраслях машино- и авиастроения.
Уровень техники
Известен патент РФ №2217266 С2, класс B22F 3/105, D22P 7/100, 11.08.2000 года, включающий в себя последовательное послойное размещение порошковой смеси на рабочем столе, обработку каждого слоя порошковой смеси цилиндром для его выравнивания и последующее послойное лазерное спекание.
Известны установки (например, машина Pnenix-250 по источнику www1.pomori.ru), реализующие способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей. Спекающие (сплавляющие) детали из порошков и состоящие, в основном, из лазерно-оптической системы, рабочей камеры с вертикально подвижным рабочим столом, оборудованной механизмом дозированной подачи порошка и механизмом выравнивания, выполненным в виде валика, его слоя, с системами вакуумирования, очистки и защиты газовой среды, а также с системами контроля температуры спекаемого слоя, охлаждения детали, с системой управления и программным обеспечением и т.д., с применяемыми металлическими порошками дисперсностью 6-16 мкм).
Известен способ выравнивания слоя порошка в т.ч. с помощью вращающихся противоходов - барабанов с насечками, которые перемещают насыпанную вблизи рабочего стола порцию порошка и выравнивают образовавшийся слой (патент РФ 2021881 С1 B22F 3/22 1994 г.), причем расстояния от (зазоры) валиков до рабочих плоскостей стола - постоянны.
Известен способ послойного лазерного спекания с применением устройств для выравнивания слоев порошка в виде ножей, установленных с постоянными зазорами до рабочей плоскости столов камер спекания (например, машина Conzept M2 (Германия) источник информации http://www.mcp.by/equipment?id=49 2009 г.) с применяемыми металлическими порошками дисперсностью 23-60 мкм).
Недостатками всех вышеупомянутых способов является применение слоев порошковых материалов с постоянными насыпными плотностями, что вызвано применением механизмов с ножами или валиками (барабанами) с постоянными зазорами между ними, с одной стороны, и рабочими плоскостями столов камер, с другой, что не обеспечивает требуемого качества изготавливаемого изделия за счет неоднородности спекаемого порошка.
Сущность изобретения
Задачей настоящего способа является разработка такой технологии, которая позволила бы повысить качество спекания детали за счет выравнивания каждого слоя порошка с достижением его оптимальной плотности с повышенной точностью, обеспечивающей достаточную поверхностную активность микрочастиц при спекании.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей, включающем дозированную послойную подачу порошка на рабочий стол, выравнивание слоя порошка, удаление избыточного количества порошка, после выравнивания слоя порошка производят его уплотнение, после чего выполняют спекание лучом лазера. Перечень чертежей.
Способ поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 показывает устройство механизма выравнивания и уплотнения слоя;
Фиг.2 показывает схему выравнивания слоя порошка с последующим его уплотнением с высокой точностью.
Осуществление изобретения
Необходимо изготовить детали методом послойного синтеза с помощью устройства (в виде экспериментального стенда для отработки режимов спекания новых порошковых материалов) с лазерно-оптической системой с возможностью перемещения оптической головки по вертикали, снабженного рабочей камерой и рабочим столом (для непосредственного спекания), контейнером с порошком и механизмом его дозированной подачи и выравнивания слоя порошка, с системами вакуумирования и подачи защитного газа, подогрева слоя порошка и удаления неиспользованного, очистки рабочей камеры.
Способ в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом:
1. Осуществляют дозированную выдачу порошка 13 на рабочий стол 3, необходимую для спекания одного слоя.
2. Выравнивают насыпанный слой порошка.
3. Уплотняют насыпанный слой порошка.
4. Удаляют избыточное количество порошка
5. Осуществляют подачу защитного газа в рабочую камеру.
6. Осуществляют процесс спекания слоя порошка лучом лазера в соответствии с программным обеспечением
Указанные действия по подготовке других слоев порошка повторяются необходимое количество циклов, до изготовления всей детали с последующим ее охлаждением, очисткой и удалением из рабочей камеры.
Устройство для изготовления деталей технологией послойного синтеза (в виде экспериментального стенда для отработки режимов спекания новых порошковых материалов) состоит из жесткого каркаса 1, на котором размещены контейнеры с засыпанным в него порошком и механизм его дозированной подачи, устройства выравнивания и уплотнения слоя порошка, также механизма вертикального перемещения лазерной оптической головки и каретки 2 с приводами горизонтального перемещения. Стенд также содержит оптоволоконный иттербериевый лазер, шкаф управления, рабочую камеру (с системами вакуумирования, наддува защитного газа, очистки, охлаждения камеры, контроля фактической температуры спекаемого порошка), рабочий стол 3 с возможностью его вертикального перемещения, пульта управления с режимами как ручного, так и автоматического управления стенда с программным обеспечением, защитного кожуха, и бункер сбора избыточного количества порошка 12.
На фиг.1 изображено устройство механизма выравнивания и уплотнения слоя порошка, выполненное со стаканом 4 с расположенной в нем порцией порошка 13, подвижной кареткой 2 с жестко закрепленными на ней уплотняющим слой порошка валиком 5, и корпус 7 вертикально расположенного дифференциального винта 8 с шаговым сервоприводом и выравнивающим порошок ножом 9. Каретка 2 перемещается электроприводом 6 по направляющим 10 устройства. Нож 9 жестко прикреплен к вертикально расположенному дифференциальному винту с шаговым сервоприводом, обеспечивающим вертикальное перемещение ножа с высокой точностью.
Предлагаемый настоящим изобретением способ осуществляется следующим образом:
в стакан 4 насыпают порцию порошка объемом, достаточным для одного слоя.
После чего рабочий стол 3 опускают на высоту h0=50 мкм (фиг.2).
Следующим этапом осуществляют выравнивание насыпанного слоя порошка. Предварительно определяют необходимую толщину слоя насыпанного порошка. Высота выровненного слоя порошка зависит от выставленной высоты ножа 9 относительно плоскости рабочего стола 3. При этом расчетная толщина слоя Н (мкм) порошка определяется по формуле (1) с условием обеспечения относительного повышения плотности:
Figure 00000001
где
h0 - требуемая толщина спеченного слоя (мкм),
h1 - дополнительная толщина слоя с учет усадки спеченного материала (мкм),
h2 - дополнительная толщина слоя с учетом повышенной плотности (мкм). Дополнительная плотность слоя определяется предварительно экспериментально для различных порошков.
После чего нож 9 выставляют на размер Н (рассчитанный по формуле 1), с учетом необходимого относительного повышения плотности.
Относительное повышение насыпной плотности порошка (P1/P0) в (%) определяется по формуле (количественная оценка повышения плотности):
Figure 00000002
где
P0 - исходная насыпная плотность (кг/м3),
P1 - конечная повышенная плотность (кг/м3).
Выравнивание насыпанного слоя порошка осуществляют с помощью перемещения из крайнего правого положения влево подвижной каретки 2. В соответствии с программным обеспечением электропривод 6 со скоростью 70 мм/с перемещает из крайнего правого положения влево подвижную каретку 2, причем жесткозакрепленный на каретке и регулируемый по высоте нож 9 разгребает порцию порошка и выравнивает слой порошка. Точность вертикального перемещения ножа поясняется работой дифференциального винта.
Следующим этапом осуществляют уплотнение порошка следующим образом. Толщину насыпанного слоя Н, рассчитанную по формуле (1), уплотняют на величину h2, при этом увеличивается плотность порошка. Уплотнение выполняют горизонтальным перемещением каретки 2 и закрепленным на ней, в режиме свободного качения, валиком 5. Причем зазор валика до рабочей плоскости стола меньше аналогичного зазора ножа 9 на величину h2 (фиг.2). В соответствии с программным обеспечением электропривод перемещает влево подвижную каретку 2, со скоростью 70 мм/с, при этом валик 5 уплотняет слой порошка с расчетной (по формуле 2) насыпной плотностью на рабочей плоскости стола 3.
После процесса уплотнения осуществляют удаление избыточного количества порошка следующим образом: каретку 2 останавливают, нож 9 опускают относительно плоскости рабочего стола с гарантированным зазором между ним и плоскостью рабочего стола не менее 10 мкм. После чего каретку перемещают в крайнее левое положение к бункеру сбора избыточного порошка 12, при этом нож сгребает весь объем избыточного порошка в бункер 12. Далее нож 9 поднимают до размеров h2+h1 и каретку 2 переводят в крайнее правое положение.
Следующим этапом в рабочую камеру подают защитный газ (азот или аргон) Р=1,3×105 мПа.
Подготовленный уплотненный слой порошка подвергают спеканию лучом лазера в соответствии с программным обеспечением режимов спекания.
При формировании следующего слоя цикл операций повторяют до изготовления всей детали. После чего готовое изделие подвергают охлаждению, очистке и удалению из экспериментального стенда.
На экспериментальном стенде проведен эксперимент, подтверждающий эффект повышения качества спекания порошка с увеличенной плотностью.
Исследовались результаты экспериментального варианта спекания уплотненного (P1/P0=114%) порошка марки Х18Н9 дисперсностью 20 мкм при пониженной мощности (N=70 Вт) лазерного излучения, которые сравнивались с результатами контрольного варианта спекания (при P1/P0=100% и N=80 Вт).
Экспериментальный вариант спекания.
Параметры спекаемого порошка: относительная плотность P1/P0 - 114%, толщины слоя - Н=100 мкм, h0=65 мкм, h1=25 мкм, h2=10 мкм.
Режимы спекания: диаметр луча - 50 мкм, скорость перемещении луча - 6000 м/мин, мощность N - 70 Вт.
Контрольный вариант спекания.
Параметры спекаемого порошка: относительная плотность P1/P0 - 100%, толщины слоя - Н=100 мкм, h0=65 мкм, h1=25 мкм, h2=0.
Режимы спекания: диаметр луча - 50 мкм, скорость перемещения луча - 6000 м/мин, мощность N - 80 Вт.
Результаты: отсутствие порообразований спеченного слоя порошка с увеличенной плотностью при пониженной мощности лазерного излучения (на 8,75%) свидетельствует о повышении качества спекания уплотненного порошка за счет повышения поверхностной активности спекаемых микрочастиц.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет:
1. Повысить качество спекания порошка (при увеличении его плотности) за счет повышения поверхностной активности спекаемых микрочастиц порошка.
2. Понизить мощность лазерного луча при спекании порошка.
3. Расширить технологическую универсальность оборудования по применению смесей порошков с широким диапазоном их дисперсности.

Claims (1)

  1. Способ послойного лазерного синтеза объемных порошковых деталей, включающий дозированную послойную подачу порошка на рабочий стол, выравнивание слоя порошка, удаление избыточного количества порошка и спекание лучом лазера, отличающийся тем, что дозированную подачу порошка осуществляют с обеспечением формирования слоя заданной толщины, выравнивание слоя порошка осуществляют с помощью регулируемого по высоте ножа, после чего проводят уплотнение валиком в режиме свободного качения.
RU2009129793/02A 2009-08-04 2009-08-04 Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей RU2423203C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129793/02A RU2423203C2 (ru) 2009-08-04 2009-08-04 Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129793/02A RU2423203C2 (ru) 2009-08-04 2009-08-04 Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009129793A RU2009129793A (ru) 2011-02-10
RU2423203C2 true RU2423203C2 (ru) 2011-07-10

Family

ID=44740487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129793/02A RU2423203C2 (ru) 2009-08-04 2009-08-04 Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2423203C2 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550475C1 (ru) * 2013-12-19 2015-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков
RU167468U1 (ru) * 2015-10-29 2017-01-10 Александр Григорьевич Григорьянц Устройство для выращивания изделий методом селективного лазерного плавления
RU2627796C2 (ru) * 2015-12-10 2017-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ послойного электронно-лучевого спекания изделий из керамического порошка
RU2652335C1 (ru) * 2017-05-04 2018-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "ФторКОМ" Способ формирования антифрикционного покрытия с помощью автоматизированного устройства подачи порошкового материала в зону лазерной обработки
RU2656116C2 (ru) * 2012-08-07 2018-06-01 Снекма Покрытие из истираемого материала с низкой поверхностной шероховатостью
RU2657971C1 (ru) * 2017-06-05 2018-06-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки
RU2664010C2 (ru) * 2017-02-14 2018-08-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В.Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - "ЦНИИ КМ "Прометей") Способ получения сотового тонкостенного энергопоглотителя с помощью лазерного спекания
RU2728375C1 (ru) * 2020-01-24 2020-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания
RU2731275C2 (ru) * 2016-02-19 2020-09-01 Сафран Способ и устройство для изготовления детали посредством последовательного нанесения слоев
RU2759104C1 (ru) * 2021-02-10 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки
RU2778827C1 (ru) * 2021-10-11 2022-08-25 Ярослав Владимирович Резчик Способ послойного синтеза изделий

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10385725B2 (en) 2012-08-07 2019-08-20 Safran Aircraft Engines Abradable coating made of a material having a low surface roughness
US10989066B2 (en) 2012-08-07 2021-04-27 Safran Aircraft Engines Abradable coating made of a material having a low surface roughness
RU2656116C2 (ru) * 2012-08-07 2018-06-01 Снекма Покрытие из истираемого материала с низкой поверхностной шероховатостью
RU2550475C1 (ru) * 2013-12-19 2015-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков
RU167468U1 (ru) * 2015-10-29 2017-01-10 Александр Григорьевич Григорьянц Устройство для выращивания изделий методом селективного лазерного плавления
RU2627796C2 (ru) * 2015-12-10 2017-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ послойного электронно-лучевого спекания изделий из керамического порошка
RU2731275C2 (ru) * 2016-02-19 2020-09-01 Сафран Способ и устройство для изготовления детали посредством последовательного нанесения слоев
RU2664010C2 (ru) * 2017-02-14 2018-08-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В.Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - "ЦНИИ КМ "Прометей") Способ получения сотового тонкостенного энергопоглотителя с помощью лазерного спекания
RU2652335C1 (ru) * 2017-05-04 2018-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "ФторКОМ" Способ формирования антифрикционного покрытия с помощью автоматизированного устройства подачи порошкового материала в зону лазерной обработки
RU2657971C1 (ru) * 2017-06-05 2018-06-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки
RU2728375C1 (ru) * 2020-01-24 2020-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания
RU2759104C1 (ru) * 2021-02-10 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки
RU2778827C1 (ru) * 2021-10-11 2022-08-25 Ярослав Владимирович Резчик Способ послойного синтеза изделий

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009129793A (ru) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2423203C2 (ru) Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей
US11117192B2 (en) Systems and methods for calibration feedback for additive manufacturing
JP4742148B2 (ja) 粉末状形成材料から三次元物体を層方向に製造するための装置および方法
Kumar et al. Effects of hot isostatic pressing on copper parts fabricated via binder jetting
CN107553899B (zh) 用于三维物体的添加制造的重涂单元、重涂方法、装置和方法
Juste et al. Shaping of ceramic parts by selective laser melting of powder bed
JP4691302B2 (ja) 粉末状または微粉状材料の薄層を塗布する装置とその方法
US20210094102A1 (en) Apparatus for and process of additive manufacturing
US20180297114A1 (en) Printed object correction via computer vision
RU2550670C2 (ru) Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления
RU2550475C1 (ru) Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков
EP0610442A1 (en) Multiple powder delivery for selective laser sintering
Zhang et al. Processing parameters for selective laser sintering or melting of oxide ceramics
US20210031270A1 (en) Method for manufacturing material powder for metal laminating modelling
WO2020126086A1 (en) Method and system for generating a three-dimensional workpiece
SE430860B (sv) Sett att framstella sintrade och infiltrerade kroppar
CN105345002A (zh) 一种可微量供料的激光增材制造装备的床身结构
WO2018191627A1 (en) Calibration of 3d printer via computer vision
ITVR20120230A1 (it) Macchina per produrre oggetti tridimensionali a partire da materiali in polvere
RU152433U1 (ru) Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
RU2497978C2 (ru) Способ формирования покрытия и установка для его осуществления
RU88592U1 (ru) Устройство выравнивания слоев порошков для спекания деталей технологией послойного синтеза
RU154761U1 (ru) Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
RU2705822C1 (ru) Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
RU2491151C1 (ru) Способ изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180805