RU2688098C1 - Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders - Google Patents
Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688098C1 RU2688098C1 RU2018129403A RU2018129403A RU2688098C1 RU 2688098 C1 RU2688098 C1 RU 2688098C1 RU 2018129403 A RU2018129403 A RU 2018129403A RU 2018129403 A RU2018129403 A RU 2018129403A RU 2688098 C1 RU2688098 C1 RU 2688098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- transverse
- thickness
- powder
- laser
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Geometry (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к производству изделий спеканием или сплавлением металлических или керамических порошков, а именно к технологии лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков, и может быть использовано в авиационной и ракетной технике.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of products by sintering or fusing metal or ceramic powders, in particular to the technology of laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders, and can be used in aviation and rocket technology.
Известен «Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей» по патенту РФ на изобретение №2423203, включающий дозированную послойную подачу порошка на рабочий стол, выравнивание слоя порошка, удаление избыточного количества порошка и спекание лучом лазера, при этом 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.Known "Method of sintering with laser layer-by-layer powder synthesis of volumetric parts" according to the Russian patent for invention No. 2423203, including metered layer powder supply to the working table, leveling the powder layer, removing excess powder and sintering the laser beam, while metering the powder supply is performed with ensuring the formation of a layer of a given thickness, the alignment of the layer of powder is carried out using a height-adjustable knife, followed by a roller compaction in the free rolling mode.
Недостатком известного способа по патенту РФ на изобретение №2423203 является низкая производительность процесса спекания, так как при лазерном послойном порошковом синтезе объемной детали происходит усадка слоя из-за его пористости (поры между частицами порошка) и фактическая толщина слоя сформированного материала будет меньше начальной толщины слоя порошка уплотненного валиком. Для компенсации усадки необходимо формировать дополнительные слои материала.The disadvantage of the known method according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2423203 is the low productivity of the sintering process, since the laser layer-by-layer powder synthesis of a volumetric part leads to shrinkage of the layer due to its porosity (pores between powder particles) and the actual thickness of the layer of the formed material will be less than the initial layer thickness powder compacted with a roller. To compensate for shrinkage, it is necessary to form additional layers of material.
Известен «Способ лазерно-компьютерного макетирования» по патенту РФ на изобретение №2262741, принятый в качестве ближайшего аналога, включающий создание с помощью системы трехмерного геометрического моделирования виртуальной объемной модели будущего изделия, ее разбивку на тонкие поперечные слои и послойный синтез твердой модели, при этом толщину А поперечных слоев выбирают из условия, при котором А≤ПД, где ПД - поле допуска на номинальный профиль поверхности модели, а образующая профиля поверхности модели проходит через среднюю линию поперечных слоев.The “Method of laser-computer prototyping” according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2262741, adopted as the closest analogue, includes the creation of a virtual volume model of a future product using a three-dimensional geometric modeling system, its breakdown into thin transverse layers and layer-by-layer synthesis of a solid model. the thickness A of the transverse layers is chosen from the condition in which A≤PD, where PD is the tolerance field for the model’s nominal surface profile, and forming the model’s surface profile passes through the centerline p transverse layers.
Недостатком известного способа по патенту РФ на изобретение №2262741 является низкая производительность процесса лазерно-компьютерного макетирования, так как при лазерном послойном синтезе твердой модели из поперечных слоев порошка толщиной А происходит усадка слоя из-за пористости (поры между частицами порошка) и фактическая толщина слоя сформированного материала будет меньше начальной толщины А слоя порошка. Для компенсации усадки необходимо формировать дополнительные слои материала.The disadvantage of the known method according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2262741 is the low productivity of the laser-computer prototyping process, since the laser layer-by-layer synthesis of a solid model from transverse powder layers of thickness A causes layer shrinkage due to porosity (pores between powder particles) and the actual layer thickness the formed material will be less than the initial thickness A of the powder layer. To compensate for shrinkage, it is necessary to form additional layers of material.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения производительности лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков.Before the claimed invention, the task of improving the performance of the laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что способ лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков, включающий создание с помощью системы трехмерного геометрического моделирования виртуальной модели будущего объемного изделия, разбивку виртуальной модели на тонкие поперечные слои, лазерный послойный синтез объемного изделия спеканием или сплавлением поперечных слоев порошка, при этом толщину hсп поперечного слоя порошка определяют с учетом толщины hyc усадки поперечного слоя порошка при спекании или сплавлении из условия hсм=(hсп-hус)≤ПД (ПД - поле допуска на номинальный профиль НП поверхности объемного изделия; hсм - толщина поперечного слоя сформированного материала), а образующая профиля поверхности объемного изделия проходит через среднюю линию поперечного слоя сформированного материала.The task in the claimed invention is solved due to the fact that the method of laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders, including the creation using the system of three-dimensional geometric modeling of a virtual model of a future volume product, a breakdown of the virtual model into thin transverse layers, laser layer-by-layer synthesis of a volume product by sintering or fusing transverse layers of powder, with a thickness h cn cross powder layer is determined taking into account the thickness h yc transverse shrinkage of the powder layer is sintered at a and or fusing the condition cm h = (h -h cn yc) ≤PD (PD - the tolerance on the nominal surface profile NP bulk products; h cm - thickness of the cross-shaped material layer), and forming the surface profile surround the product passes through the center line cross layer formed material.
Заявленное изобретение отличается от известного «Способа лазерно-компьютерного макетирования» по патенту РФ на изобретение №2262741 тем, что толщину hсп поперечного слоя порошка определяют с учетом толщины hyc усадки поперечного слоя порошка при спекании или сплавлении из условия hсм=(hсп-hус)≤ПД (ПД - поле допуска на номинальный профиль НП поверхности объемного изделия; hсм - толщина поперечного слоя сформированного материала), а образующая профиля поверхности объемного изделия проходит через среднюю линию поперечного слоя сформированного материала.The claimed invention differs from the known "Method laser piloting computer" on RF patent for invention №2262741 in that the thickness h of the cross cn powder layer is determined taking into account the thickness h yc cross powder layer shrinkage during sintering or fusing the condition cm h = (h sp -h yc) ≤PD (PD - the tolerance on the nominal surface profile NP bulk products; h cm - thickness of the cross-shaped material layer), and forming the profile of the bulk surface of the article passes through the center line transverse layer formed th material.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно, обеспечило повышение производительности лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков.This difference made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the productivity of laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders.
На фиг. 1 представлена схема формирования поперечного слоя материала толщиной hсм из поперечного слоя порошка толщиной hсп при определенной толщине hyc усадки поперечного слоя.FIG. 1 shows a diagram of the formation of a transverse layer of material with a thickness of h cm from a transverse layer of powder with a thickness of h cn at a certain thickness h yc of shrinkage of the transverse layer.
На фиг. 2. представлена схема изделия, состоящего из поперечных слоев материала толщиной hсм.FIG. 2. shows a diagram of the product, consisting of transverse layers of material with a thickness of h cm .
Способ лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков (фиг. 1, 2) включает создание с помощью системы трехмерного геометрического моделирования виртуальной модели будущего объемного изделия 1, разбивку виртуальной модели на тонкие поперечные слои 2, лазерный послойный синтез объемного изделия 1 спеканием или сплавлением поперечных слоев 3 порошка, при этом толщину hсп поперечного слоя 3 порошка определяют с учетом толщины hyc усадки 4 поперечного слоя 3 порошка при спекании или сплавлении из условия hсм=(hсп-hус)≤ПД (ПД - поле допуска на номинальный профиль 5 поверхности 6 объемного изделия 1; hсм - толщина поперечного слоя 7 сформированного материала), а образующая 8 реального профиля 9 поверхности 6 объемного изделия 1 проходит через среднюю линию 10 поперечного слоя 7 сформированного материала.The method of laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders (Figs. 1, 2) includes creating a virtual model of a
Работу по предлагаемому способу осуществляют следующим образом (фиг. 1, 2). С помощью системы трехмерного геометрического моделирования создают виртуальную модель будущего объемного изделия 1. Затем разбивают виртуальную модель на тонкие поперечные слои 2. После чего приступают к лазерному послойному синтезу объемного изделия 1 на платформе 11. На платформу 11 наносят первый поперечный слой 3 порошка толщиной hсп. В соответствии с конфигурацией и размерами виртуальной модели в тонком поперечном слое 2 луч лазера обводит контур объемного изделия 1 по поперечному слою 3 порошка, а затем сканирует поперечный слой 3 порошка внутри этого контура. В результате теплового воздействия лазерного излучения из частиц порошка сплавлением или спеканием формируют поперечный слой 7 материала толщиной hсм, соответствующий тонкому поперечному слою 2 виртуальной модели. Далее на сформированный поперечный слой 7 материала наносят поперечный слой 3 порошка толщиной hсп, проводят его обработку лазерным лучом в соответствии с конфигурацией и размерами виртуальной модели в следующем тонком поперечном слое 2, и формируют следующий поперечный слой 7 материала объемного изделия 1. Таким образом, из поперечных слоев 7 материала толщиной hсм послойно формируют объемное изделие 1 в соответствии с конфигурацией и размерами виртуальной модели.Work on the proposed method is as follows (Fig. 1, 2). Using the three-dimensional geometric modeling systems create a virtual model of the future surround the
Для обеспечения высокой точности размеров толщину hсм поперечных слоев 7 материала устанавливают из условия hсм≤ПД, где ПД - поле допуска на номинальный профиль 5 поверхности 6 объемного изделия 1. При этом образующая 8 реального профиля 9 поверхности 6 объемного изделия 1 проходит через среднюю линию 10 поперечного слоя 7 сформированного материала.To ensure high dimensional accuracy, the thickness h cm of
При формировании каждого поперечного слоя 7 материала толщиной hсм из поперечного слоя 3 порошка толщиной hсп из-за пористости (поры между частицами порошка) происходит его усадка 4 на толщину hyc. Для конкретного порошка толщину hyc усадки 4 определяют экспериментально. Для повышения производительности лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков при нанесении поперечного слоя 3 порошка компенсируют толщину hyc усадки 4, прибавляя ее к толщине hсм поперечного слоя 7 материала, то есть наносимый поперечный слой 3 порошка имеет толщину hсп=(hсм+hyc). Таким образом, поперечный слой 7 материала после спекания или сплавления имеет толщину hсм=(hсп-hyc).During the formation of each
Учет толщины hyc усадки 4 поперечного слоя 3 порошка при послойном лазерном синтезе уменьшает количество тонких поперечных слоев 2, что повышает производительность процесса при обеспечении такой же высокой точности размеров объемного изделия 1.Taking into account the thickness h yc shrinkage 4 of the
Изобретение позволило получить технический результат, а именно, обеспечило повышение производительности лазерного послойного синтеза объемных изделий из порошков.The invention allowed to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the productivity of the laser layer-by-layer synthesis of bulk products from powders.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129403A RU2688098C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129403A RU2688098C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2688098C1 true RU2688098C1 (en) | 2019-05-17 |
Family
ID=66579090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129403A RU2688098C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688098C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113263187A (en) * | 2021-07-21 | 2021-08-17 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Additive manufacturing method and additive manufacturing device for metal material |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001254107A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-18 | Oki Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional model structure by stereolithography, object structure by stereolithography, and modeling method by stereolithography |
| JP2002332504A (en) * | 2001-02-21 | 2002-11-22 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co Kg | Method and device for manufacturing formed body by selective laser melting |
| RU2262741C1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-10-20 | Томский политехнический университет | Method for laser-computer breadboarding |
| RU2562722C1 (en) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of production of articles with complex shape out of powder systems |
| RU2590431C2 (en) * | 2013-02-28 | 2016-07-10 | ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН | Method of producing hybrid component |
| RU2623537C2 (en) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
| US9708502B2 (en) * | 2014-12-18 | 2017-07-18 | Ricoh Company, Ltd. | Powder for 3D modeling, set for 3D modeling, method of manufacturing 3D object, and device for manufacturing 3D object |
| US20170304897A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-10-26 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Machine and method for powder-based additive manufacturing |
| US20170334023A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-11-23 | Dresser-Rand Company | System and method for additive manufacturing of turbomachine components |
-
2018
- 2018-08-10 RU RU2018129403A patent/RU2688098C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001254107A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-18 | Oki Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional model structure by stereolithography, object structure by stereolithography, and modeling method by stereolithography |
| JP2002332504A (en) * | 2001-02-21 | 2002-11-22 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co Kg | Method and device for manufacturing formed body by selective laser melting |
| RU2262741C1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-10-20 | Томский политехнический университет | Method for laser-computer breadboarding |
| RU2590431C2 (en) * | 2013-02-28 | 2016-07-10 | ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ГмбХ, СН | Method of producing hybrid component |
| RU2562722C1 (en) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of production of articles with complex shape out of powder systems |
| US20170304897A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-10-26 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Machine and method for powder-based additive manufacturing |
| US20170334023A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-11-23 | Dresser-Rand Company | System and method for additive manufacturing of turbomachine components |
| US9708502B2 (en) * | 2014-12-18 | 2017-07-18 | Ricoh Company, Ltd. | Powder for 3D modeling, set for 3D modeling, method of manufacturing 3D object, and device for manufacturing 3D object |
| RU2623537C2 (en) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113263187A (en) * | 2021-07-21 | 2021-08-17 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Additive manufacturing method and additive manufacturing device for metal material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boschetto et al. | Modelling micro geometrical profiles in fused deposition process | |
| CN110340358B (en) | Method for gradient regulation of process parameters in additive manufacturing process | |
| Bhavar et al. | A review on powder bed fusion technology of metal additive manufacturing | |
| US9656344B2 (en) | Method for integrating multiple materials in a foil consolidation of additive manufacturing process | |
| CN104226988A (en) | 3D printing manufacturing method for large-size part | |
| WO2015032590A2 (en) | Powder distribution in additive manufacturing of three dimensional/articles | |
| CN105431791A (en) | Method for producing a three-dimensional object | |
| CN104588649A (en) | Process for directly forming metal part of cantilever structure through laser light | |
| CN106426907B (en) | A kind of efficient scan method of discontinuous filling laser gain material manufacture | |
| Xinhong et al. | Hybrid plasma deposition and milling for an aeroengine double helix integral impeller made of superalloy | |
| EP3246148B1 (en) | Additive layer manufacturing base plate | |
| Bineli et al. | Direct metal laser sintering (DMLS): Technology for design and construction of microreactors | |
| RU2688098C1 (en) | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders | |
| EP3517276B1 (en) | Method for additively manufacturing a three-dimensional object | |
| KR101853860B1 (en) | Mixed three-dimensional molding method for multi-component material | |
| CN107262716B (en) | A method of it is collapsed for solving the open thin-wall part end of laser cladding forming | |
| Taufik et al. | Estimation and simulation of shape deviation for additive manufacturing prototypes | |
| RU2491151C1 (en) | Method of producing articles from composite powders | |
| CN106926465A (en) | A kind of fractional scanning path generating method of control increasing material manufacturing stress deformation | |
| CN112004659B (en) | Adapting printing parameters during the additive manufacturing process | |
| Wu et al. | Study on the fabricated feasibility of electrodes in EDM using rapid prototyping (RP) and investment casting technology | |
| JP2019147985A (en) | Metal laminate forming method | |
| CN106583724B (en) | A kind of laser fast forming method of complex surface vertical metal thin-wall part | |
| JP2005074931A (en) | Rapid prototyping modeling method and model | |
| RU151376U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING PRODUCTS FROM POWDERED MATERIALS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210416 Effective date: 20210416 |