RU2797667C2 - Method for layer-by-layer production of product and device for its production - Google Patents
Method for layer-by-layer production of product and device for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797667C2 RU2797667C2 RU2019103329A RU2019103329A RU2797667C2 RU 2797667 C2 RU2797667 C2 RU 2797667C2 RU 2019103329 A RU2019103329 A RU 2019103329A RU 2019103329 A RU2019103329 A RU 2019103329A RU 2797667 C2 RU2797667 C2 RU 2797667C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- powder
- product
- basket
- chamber
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 10
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при послойном изготовлении объемных изделий, преимущественно сложной формы, из дорогостоящих порошковых материалов, например, никелевых жаропрочных сплавов, сплавов на основе кобальта, а также драгоценных металлов.The invention relates to the field of laser processing of materials and can be used in the layer-by-layer manufacture of bulk products, mostly of complex shape, from expensive powder materials, such as nickel heat-resistant alloys, cobalt-based alloys, and precious metals.
Известен способ послойного изготовления изделия, включающий послойную подачу порошка на рабочую поверхность регулируемой платформы построения, разравнивание слоя порошка и сплавление участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели защитной оболочки и изделия [1].A method is known for layer-by-layer manufacturing of a product, which includes layer-by-layer supply of powder to the working surface of an adjustable construction platform, leveling the powder layer and fusing sections of the layer identical to sections on transverse sections of a protective shell and product pre-formed by a given program three-dimensional computer model [1].
Выполнение защитной оболочки позволяет получать изделия с более точной геометрией.The implementation of the protective shell allows you to get products with a more accurate geometry.
Однако при применении известного технического решения требуется использовать большое количество материала (оболочку выполняют на не сплавленном материале), что приводит к увеличению количества использованного порошка. Это удорожает изготовление изделия, особенно при изготовлении изделий из дорогостоящих порошков, например, кобальта, никеля, драгоценных металлов.However, when applying the known technical solution, it is necessary to use a large amount of material (the shell is made on an unfused material), which leads to an increase in the amount of powder used. This increases the cost of manufacturing the product, especially in the manufacture of products from expensive powders, such as cobalt, nickel, precious metals.
Известно также устройство, включающее лазерно-оптическое устройство, камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, соединенной со стойкой платформу построения с приводом ее вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, устройства подачи порошка и разравнивания слоя порошка на платформе построения, устройство удаления не спеченного порошка из каждого слоя, бункер для сбора излишнего порошка, который образуется при формирования слоя [2].It is also known a device that includes a laser-optical device, a build chamber with a system for maintaining a working environment in the chamber connected to a stand construction platform with a drive for its vertical movement, a basket for placing the build platform and its drive, a device for supplying powder and leveling the powder layer on the build platform , a device for removing unsintered powder from each layer, a hopper for collecting excess powder that is formed during the formation of a layer [2].
Однако и при применении данного устройства так же наблюдается повышенный расход дорогостоящего порошка.However, when using this device, there is also an increased consumption of expensive powder.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в уменьшения расхода порошка при одновременном обеспечении точности геометрии изделия при его изготовлении.The result to which this technical solution is directed is to reduce the consumption of powder while ensuring the accuracy of the geometry of the product during its manufacture.
Указанный результат достигается за счет того, что в способе послойного изготовления изделия, включающем послойную подачу порошка на рабочую поверхность регулируемой платформы построения, разравнивание слоя порошка и сплавление участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели, и создание защитной оболочки и изделия, защитную оболочку выполняют на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения, производят удаление не сплавленного материала в соответствующий порошку контейнер, после удаления не сплавленного материала, в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону, заполняя пространство порошком из легко сплавляемого материала, по сравнению с материалом изделия, с последующем его разравниванием и сплавлением. Излишний материал, получаемый при разравнивании буферной зоны, помещают в соответствующий ему контейнер.This result is achieved due to the fact that in the method of layer-by-layer manufacturing of a product, which includes layer-by-layer supply of powder to the working surface of an adjustable construction platform, leveling the powder layer and fusing sections of the layer identical to sections on the cross sections of a three-dimensional computer model pre-formed by a given program, and creating a protective shells and products, the protective shell is made on the outer boundary, coinciding in plan with the boundary of the construction platform, the unfused material is removed into the container corresponding to the powder, after the removal of the unfused material, a buffer zone is created in the freed space of the layer, filling the space with powder from an easily alloyed material , in comparison with the material of the product, with its subsequent leveling and fusion. Excess material resulting from the leveling of the buffer zone is placed in an appropriate container.
В качестве легкоплавкого материала используют алюминий или медь. Ширину защитной оболочки выполняют 1÷1,5 мм.Aluminum or copper is used as a fusible material. The width of the protective shell is 1÷1.5 mm.
Указанный результат достигается также за счет того, что в устройстве для послойного изготовления изделия, включающем лазерно-оптическое устройство, камеру построения с системой поддержания в камере рабочей среды, соединенной со стойкой платформу построения с приводом ее вертикального перемещения, корзину для размещения платформы построения и ее привода, устройства подачи порошка и разравнивания слоя порошка на платформе построения, устройство удаления не спеченного порошка из каждого слоя, бункер для сбора излишнего порошка, который образуется при формирования слоя. Устройство снабжено скрепленным с верхней внутренней частью корзины экраном, боковая поверхность которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения. Экран снабжен расположенным на его боковой поверхности уплотнением. Платформа построения и экран выполнены соответственно съемно-заменяемыми. Устройство снабжено скрепленной со стойкой перегородкой с взаимодействующим с внутренней стенкой корзины уплотнением, причем нижняя поверхность перегородки, внутренняя стенка и дно корзины образует промежуточную камеру, соединенную с системой поддержания в камере рабочей среды, а верхняя поверхность перегородки и, внутренняя стенка корзины - бункер для сбора излишнего порошка.This result is also achieved due to the fact that in a device for layer-by-layer manufacturing of a product, including a laser-optical device, a build chamber with a system for maintaining a working environment in the chamber connected to a stand, a build platform with a drive for its vertical movement, a basket for placing the build platform and its drive, powder feeding device and leveling the powder layer on the build platform, device for removing unsintered powder from each layer, hopper for collecting excess powder that is formed during the formation of the layer. The device is equipped with a screen fastened to the upper inner part of the basket, the side surface of which is made equidistant to the side surface of the construction platform. The screen is provided with a seal located on its side surface. The construction platform and the screen are respectively removable and replaceable. The device is equipped with a partition fastened to a rack with a seal interacting with the inner wall of the basket, wherein the lower surface of the partition, the inner wall and the bottom of the basket form an intermediate chamber connected to the system for maintaining the working medium in the chamber, and the upper surface of the partition and the inner wall of the basket form a collection bin excess powder.
Пример выполнения заявляемых технических решений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено заявляемое устройство, на фиг. 2, 3, 4 - соответственно виды А, Б. В.An example of the implementation of the claimed technical solutions is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows the claimed device, Fig. 2, 3, 4 - respectively, types A, B. C.
Устройство снабжено лазерно-оптическое устройством 1, камерой построения 2 с системой 3 поддержания в камере рабочей среды, соединенной со стойкой 4 платформой 5 построения с приводом 6 ее вертикального перемещения, устройствами 7, 8 соответственно подачи порошка и устройством 9 разравнивания слоя порошка на платформе 5 построения (ракелем), вакуумным устройством 10 удаления не сплавленного порошка из каждого слоя, бункером 11 для сбора излишнего порошка, который образуется при формировании слоя, корзиной 12 для размещения платформы построения и ее привода, скрепленным с верхней внутренней частью 13 корзины 12 экраном 14, боковая внутренняя поверхность 15 которого выполнена эквидистантной боковой поверхности платформы построения. Экран 14 снабжен расположенным на его боковой поверхности уплотнением 16.The device is equipped with a laser-
Платформа построения и экран выполнены соответственно съемно-заменяемыми, для чего предусмотрено разъемное соединение 17 платформы построения и стойки 4.The build platform and the screen are made respectively removable and replaceable, for which a
Устройство снабжено скрепленной со стойкой 4 перегородкой 18, снабженной взаимодействующей с внутренней стенкой 19 корзины уплотнением 20. Нижняя поверхность 21 перегородки 18, внутренняя стенка 19 и дно 22 корзины образуют промежуточную камеру 23, соединенную с системой 3 поддержания в камере рабочей среды, а верхняя поверхность 24 перегородки 18 и внутренняя стенка корзины 19 - бункер 11 для сбора излишнего порошка. Промежуточная камера предназначена для предотвращения выхода мельчайших частиц порошка в окружающую среду.The device is equipped with a
Способ послойного изготовления изделия включает послойную подачу порошка на рабочую поверхность 25 регулируемой платформы построения, разравнивание слоя порошка и сплавление участков слоя, идентичным участкам на поперечных разрезах предварительно сформированной посредством заданной программы трехмерной компьютерной модели защитной оболочки 26 и изделия 27, и удаление не сплавленного материала из слоя в соответствующий порошку контейнер (на чертеже не показан).The method of layer-by-layer manufacturing of a product includes layer-by-layer supply of powder to the working
Защитную оболочку 26 выполняют на наружной границе, совпадающей в плане с границей платформы построения. После удаления не сплавленного материала в освободившемся пространстве слоя создают буферную зону 28, заполняя пространство порошком из легко сплавляемого, по сравнению с материалом порошка изделия, материалом с последующим его разравниванием и сплавлением. Излишний материал, получаемый при разравнивании буферной зоны, помещают в соответствующий ему контейнер. В качестве легко сплавляемого материала может быть использован, например, алюминий или медь. Ширину защитной оболочки выполняют 1÷1,5 мм.The
Изготовление изделия происходит следующим образом.The production of the product is as follows.
Подбирают съемную платформу построения и экран в соответствии с размером изделия. Первый слой формируют из материала буферной зоны и разравнивают устройством 9 (ракелем). Излишний материал, попадающий на экран, удаляют вакуумным устройством 10 в соответствующий контейнер. Незначительное количество материала, которое попадает в промежуточную камеру, удаляется системой 3 поддержания в камере рабочей среды. Уплотнение 16 между экраном и платформой построения минимизирует количество материала, которое попадает в бункер.Select a removable build platform and screen according to the product size. The first layer is formed from the material of the buffer zone and leveled by the device 9 (squeegee). Excess material falling on the screen is removed by
Затем производят сплавление буферного слоя.Then the buffer layer is fused.
Следующий слой формируют из материала изготавливаемого изделия. Излишний материал, попадающий на экран, удаляют вакуумным устройством 10 в, соответствующий этому материалу контейнер. После формирования слоя, производят сплавление оболочки и соответствующий участок изготавливаемого изделия. Затем удаляют не сплавленный порошок и помещают его в соответствующий контейнер.The next layer is formed from the material of the manufactured product. Excess material falling on the screen is removed with a 10 V vacuum device, a container corresponding to this material. After the formation of the layer, the shell is fused and the corresponding section of the manufactured product is produced. The unfused powder is then removed and placed in an appropriate container.
В освободившейся участок слоя помещают материал буферной зоны и, после его разравнивания и сплавления, переходят к формированию последующего слоя.The material of the buffer zone is placed in the vacated section of the layer and, after its leveling and fusion, proceed to the formation of the next layer.
В данном случае все слои формируются на подготовленных поверхностях буферной зоны и участках изготавливаемого изделия, в отличие от способа по техническому решению [1], при котором следующий слой, в зависимости от конфигурации изготавливаемого изделия, может укладываться на не сплавленный порошок, и учитывая, что толщина каждого слоя, в зависимости от конфигурации изделия, может различаться, высока вероятность частичного сплавления предыдущего слоя с последующим, что сказывается на точности геометрии изготавливаемого изделия.In this case, all layers are formed on the prepared surfaces of the buffer zone and on sections of the manufactured product, in contrast to the method according to the technical solution [1], in which the next layer, depending on the configuration of the manufactured product, can be placed on the unfused powder, and taking into account that the thickness of each layer, depending on the configuration of the product, may vary, there is a high probability of partial fusion of the previous layer with the next one, which affects the accuracy of the geometry of the manufactured product.
При опускании платформы построения, для формирования последующего слоя, уплотнение 16 скользит по защитной оболочке 26 и минимизирует поступление порошка в бункер 11 при разравнивании слоя.When the build platform is lowered to form the next layer, the
После изготовления изделия, материал буферной зоны удаляют, например, нагреванием изделия, а материал оболочки поступает на последующую переработку.After the product is manufactured, the material of the buffer zone is removed, for example, by heating the product, and the shell material is sent for further processing.
Так как при формирования слоя порошок разравнивается по всей поверхности, оптимизация размера платформы построения в зависимости от размера изделия, ведет к уменьшению количества порошка, участвующего в изготовлении изделия.Since during the formation of the layer the powder is leveled over the entire surface, optimizing the size of the build platform depending on the size of the product leads to a decrease in the amount of powder involved in the manufacture of the product.
Таким образом данное техническое решение позволит:Thus, this technical solution will allow:
• уменьшить количество применяемого порошка из которого изготовляется изделие;• reduce the amount of powder used from which the product is made;
• повысить точность геометрических размеров изделия.• improve the accuracy of the geometric dimensions of the product.
Источники информацииInformation sources
1. Патент US 9844913, МКИ- B22F 3/105, 2017.1. Patent US 9844913, MKI-
2. Патент RU №2614291, МКИ - B22F 3/105, 2014.2. Patent RU No. 2614291, MKI -
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103329A RU2797667C2 (en) | 2019-02-06 | Method for layer-by-layer production of product and device for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103329A RU2797667C2 (en) | 2019-02-06 | Method for layer-by-layer production of product and device for its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019103329A RU2019103329A (en) | 2020-08-06 |
| RU2797667C2 true RU2797667C2 (en) | 2023-06-07 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487779C1 (en) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Plant for making parts by layer-by-layer synthesis |
| 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 |
| US9415443B2 (en) * | 2013-05-23 | 2016-08-16 | Arcam Ab | Method and apparatus for additive manufacturing |
| RU2614291C2 (en) * | 2014-11-19 | 2017-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method of making 3-d products and apparatus for realising said method |
| US9844913B2 (en) * | 2011-12-23 | 2017-12-19 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Method and apparatus for producing three-dimensional objects |
| CN106163774B (en) * | 2014-03-31 | 2018-09-28 | 三菱重工业株式会社 | Three-dimensional laminated device and three-dimensional laminated method |
| US20190030814A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | Concept Laser Gmbh | Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9844913B2 (en) * | 2011-12-23 | 2017-12-19 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Method and apparatus for producing three-dimensional objects |
| RU2487779C1 (en) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Plant for making parts by layer-by-layer synthesis |
| US9415443B2 (en) * | 2013-05-23 | 2016-08-16 | Arcam Ab | Method and apparatus for additive manufacturing |
| 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 |
| CN106163774B (en) * | 2014-03-31 | 2018-09-28 | 三菱重工业株式会社 | Three-dimensional laminated device and three-dimensional laminated method |
| RU2614291C2 (en) * | 2014-11-19 | 2017-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method of making 3-d products and apparatus for realising said method |
| US20190030814A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | Concept Laser Gmbh | Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6356741B2 (en) | Powder recirculation type additive manufacturing apparatus and method | |
| CN104853901B (en) | Additive material manufacturing method and apparatus | |
| US10773423B2 (en) | Method and device for dosing of a powder for the additive manufacture of a product | |
| EP3450058B1 (en) | Powder bed re-coater apparatus | |
| US11141918B2 (en) | Powder refill system for an additive manufacturing machine | |
| JP5740716B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional structure | |
| CN107206536B (en) | Additive Manufacturing of Metal Structures | |
| JP6427844B2 (en) | Machine and method for powder-based additive manufacturing | |
| US11110516B2 (en) | Additive production method | |
| JP6828829B2 (en) | Powder supply equipment and 3D laminated modeling equipment | |
| CN108941545B (en) | Powder filling method and apparatus | |
| RU2008133769A (en) | METHOD FOR PRODUCING GRADIENT MATERIALS FROM POWDERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| EP3041625A2 (en) | Powder distribution in additive manufacturing of three dimensional/articles | |
| WO2015075539A1 (en) | Method for producing three-dimensional objects from powders and device for implementing same | |
| CN107405709A (en) | Method for manufacturing the supporting construction for being used for supporting the three-dimensional body that will construct to production | |
| JP2005335199A (en) | Method for recycling powder material in the manufacture of three-dimensional shape and powder material recycling device | |
| JPWO2019070070A1 (en) | Powder supply device and three-dimensional additive manufacturing device | |
| CN111940733A (en) | Device and method for removing splash oxide and supplying powder in selective laser melting process | |
| RU2797667C2 (en) | Method for layer-by-layer production of product and device for its production | |
| JP6722238B2 (en) | Automatic powder compression | |
| US10363607B2 (en) | Additive layer manufacturing | |
| JP3770206B2 (en) | Manufacturing equipment for 3D shaped objects | |
| RU2734650C1 (en) | Device for layer-by-layer manufacturing of 3d articles and method of production thereof | |
| JP7003730B2 (en) | Metal lamination modeling method | |
| CN108941544B (en) | Powder preparation method and filling equipment thereof |