RU2717761C1 - Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus - Google Patents
Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717761C1 RU2717761C1 RU2019105055A RU2019105055A RU2717761C1 RU 2717761 C1 RU2717761 C1 RU 2717761C1 RU 2019105055 A RU2019105055 A RU 2019105055A RU 2019105055 A RU2019105055 A RU 2019105055A RU 2717761 C1 RU2717761 C1 RU 2717761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inert gas
- sealed chamber
- laser
- dispenser
- powder material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/10—Auxiliary heating means
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/20—Cooling means
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/22—Driving means
- B22F12/224—Driving means for motion along a direction within the plane of a layer
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
- B22F12/52—Hoppers
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
-
- 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
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
- B22F10/368—Temperature or temperature gradient, e.g. temperature of the melt pool
-
- 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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Установка селективного лазерного спекания для изготовления крупногабаритных металлических изделий и способ изготовления крупногабаритных металлических изделий на этой установке.A selective laser sintering apparatus for manufacturing large-sized metal products and a method for manufacturing large-sized metal products in this installation.
Изобретение относится к средствам изготовления деталей и конструкций методом 3D печати, в частности, к изготовлению металлических изделий методом послойного селективного лазерного сплавления (спекания).The invention relates to means for the manufacture of parts and structures by 3D printing, in particular, to the manufacture of metal products by the method of layer-by-layer selective laser fusion (sintering).
Из уровня техники известны способы и устройства объемной (трехмерной, 3D) печати, в основе которых лежит принцип послойного создания (выращивания) твердой геометрической фигуры, а именно: (RU 2481191 С2, В29С 67/04 опубл. 10.05.2013, /1/) устройство для генеративного создания трехмерного объекта с использованием в качестве строительного материала полимерного порошка, которое включает в себя: раму, которая своим верхним участком задает область построения; панель, которая соединяет раму с корпусом устройства; подложку, которая расположена в раме и может вертикально перемещаться с помощью подъемного механизма по меньшей мере ниже области построения. Устройство для генеративного создания трехмерного тела имеет также устройство облучения, создающее энергетический луч, который с помощью отклоняющего устройства фокусируется на любых точках в области построения, чтобы селективно спекать или плавить находящийся в области построения порошковый материал, и устройство для нанесения покрытий, предназначенное для нанесения слоя порошкового материала на подложку или ранее нанесенный слой порошкового материала. Термическая изоляция расположена между рамой и панелью с возможностью отсоединения и выполнена в виде сменной вставки.The prior art methods and devices for volumetric (three-dimensional, 3D) printing, based on the principle of layer-by-layer creation (growing) of a solid geometric figure, namely: (RU 2481191 C2, B29C 67/04 publ. 05/10/2013, / 1 / ) a device for generatively creating a three-dimensional object using polymer powder as a building material, which includes: a frame, which defines the construction area with its upper section; a panel that connects the frame to the device body; the substrate, which is located in the frame and can be vertically moved using a lifting mechanism at least below the area of construction. The device for the generative creation of a three-dimensional body also has an irradiation device that generates an energy beam that, using a deflecting device, focuses at any points in the construction region to selectively sinter or melt the powder material located in the construction region, and a coating device for coating powder material on a substrate or previously applied layer of powder material. Thermal insulation is located between the frame and the panel with the possibility of detachment and is made in the form of a removable insert.
Недостатком вышеуказанного аналога /1/ является то, что данный способ и устройства предназначены для создания изделий из полимеров и сополимеров, и их невозможно применить для изготовления металлических деталей.The disadvantage of the above analogue / 1 / is that this method and devices are designed to create products from polymers and copolymers, and they cannot be used for the manufacture of metal parts.
Из уровня техники, известны устройство и способ (патент US 4863538 А от 5.08.1989, /2/) для послойного формирования трехмерного объекта, с использованием порошкового материала, который может отверждаться путем его облучения энергетическим пучком. В частности, настоящее изобретение относится к устройству, снабженному электронной пушкой для генерирования энергетического пучка и рабочей области, по которой распределяется порошковый материал и вдоль которой скользит энергетический пучок в течение облучения. Процесс изготовления детали осуществляется избирательным сплавлением металлического порошка мощным электронным лучом, траектория движения которого соответствует поперечному сечению изделия, сгенерированного из цифровой CAD-модели с помощью программного обеспечения. Управление энергетическим пучком происходит с помощью электромагнитного поля и служит для фокусировки и перемещения электронного луча согласно границам спекания слоя порошка.From the prior art, a device and method are known (patent US 4863538 A dated 08/05/1989, / 2 /) for layer-by-layer formation of a three-dimensional object using powder material, which can be cured by irradiating it with an energy beam. In particular, the present invention relates to a device equipped with an electron gun for generating an energy beam and a work area in which the powder material is distributed and along which the energy beam slides during irradiation. The manufacturing process of a part is carried out by selective fusion of a metal powder with a powerful electron beam, the trajectory of which corresponds to the cross section of the product generated from a digital CAD model using software. The energy beam is controlled by an electromagnetic field and serves to focus and move the electron beam according to the boundaries of the sintering of the powder layer.
К недостаткам указанного способа /3/ можно отнести сложность применяемого оборудования и вспомогательных систем, а также возможность загрязнения установки при работе с летучими материалами по причине отсутствия газообмена.The disadvantages of this method / 3 / include the complexity of the equipment and auxiliary systems used, as well as the possibility of contamination of the installation when working with volatile materials due to the lack of gas exchange.
Наиболее близким аналогом, по мнению заявителя, является (US 5908569 A, B22F 3/10, 01.06.1999, /3/) аппарат для производства трехмерного объекта лазерным спеканием путем последовательного затвердевания слоев металла в местах, соответствующих поперечному сечению объекта, посредством излучения, обеспечивается тем, что устройство содержит опору для поддержки формируемого объекта, устройство для нанесения покрытия, для нанесения слоев затвердевающего материала на носитель или предварительно затвердевший слой, облучатель для укрепления слоев материала в местах, соответствующих поперечному сечению объекта, и нагревательного устройства, расположенного над опорой в рабочем положении, для нагрева затвердевающего материала, нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, один прямой излучающий нагреватель с переменной мощностью нагрева вдоль его длины.The closest analogue, according to the applicant, is (US 5908569 A,
Недостатком вышеуказанного аналога /3/ является то, что устройство имеет возможность создания только малоразмерных и сильно ограниченных габаритами деталей, а также высокую вероятность образования дефектов в изделии.The disadvantage of the above analogue / 3 / is that the device has the ability to create only small and very limited dimensions of the parts, as well as a high probability of formation of defects in the product.
Задачей является создание устройства и способа, с помощью которого можно изготавливать крупногабаритные изделия из высокопрочных сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками методом послойного селективного лазерного сплавления.The objective is to create a device and method by which it is possible to produce large-sized products from high-strength alloys with enhanced performance characteristics by the method of layer-by-layer selective laser fusion.
Техническим результатом, на которое направлено данное изобретение, является повышение механических свойств, увеличение габаритов и снижение вероятности образования дефектов в изделии.The technical result to which this invention is directed is to increase the mechanical properties, increase the size and reduce the likelihood of defects in the product.
Технический результат достигается за счет того, что установка селективного лазерного спекания для изготовления металлических изделий, содержащая герметичную камеру, выполненную с возможностью создания в ней инертной среды, вакуумную систему, блок подачи инертного газа, систему очистки инертного газа, систему циркуляции инертного газа, систему водоохлаждения инертного газа, загрузочный бункер для порошкового материала, опору для поддержки формируемого изделия, выполненную с возможностью вертикального перемещения, выравниватель, находящийся над опорой и выполненный с возможностью горизонтального и/или вертикального перемещения, лазерную систему для спекания порошкового материала, систему охлаждения лазерной системы и систему управления, отличается тем, что она содержит дозатор порошкового материала и вакуумное шлюзовое устройство, соединяющее загрузочный бункер и дозатор между собой, при этом загрузочный бункер, вакуумное шлюзовое устройство, дозатор и лазерная система расположены внутри герметичной камеры в верхней ее части, опора для поддержки формируемого изделия расположена в нижней части герметичной камеры и состоит из подогреваемого основания и подложки для формируемого изделия, причем герметичная камера выполнена с возможностью извлечения из нее сформированного изделия, оснащена клапаном избыточного давления и по меньшей мере двумя вентиляционными отверстиями, которые соединены с блоком подачи инертного газа, системой циркуляции инертного газа и вакуумной системой, при этом выравниватель и опора соединены через привод с по меньшей мере одним двигателем для обеспечения их перемещения, а лазерная система, дозатор и упомянутый по меньшей мере один двигатель соединены с системой управления.The technical result is achieved due to the fact that the installation of selective laser sintering for the manufacture of metal products, containing a sealed chamber configured to create an inert medium in it, a vacuum system, an inert gas supply unit, an inert gas purification system, an inert gas circulation system, a water cooling system inert gas, hopper for powder material, support for supporting the molded product, made with the possibility of vertical movement, leveling device, tries extending above the support and made with the possibility of horizontal and / or vertical movement, the laser system for sintering powder material, the cooling system of the laser system and the control system, characterized in that it contains a powder material dispenser and a vacuum lock device connecting the hopper and the dispenser with each other while the loading hopper, the vacuum lock device, the dispenser and the laser system are located inside the sealed chamber in its upper part, a support to support the formed and the unit is located in the lower part of the sealed chamber and consists of a heated base and a substrate for the formed product, the sealed chamber configured to extract the formed product from it, equipped with an overpressure valve and at least two ventilation holes that are connected to the inert gas supply unit, an inert gas circulation system and a vacuum system, while the equalizer and support are connected through the drive to at least one engine to ensure they are moved lia, and a laser system, a dispenser and said at least one engine are connected to the control system.
В возможном варианте развития установки она содержит раму.In a possible embodiment of the installation, it contains a frame.
В возможном варианте развития установки загрузочный бункер, дозатор и шлюзовое устройство смонтированы на раме.In a possible development option, the loading hopper, dispenser and airlock are mounted on the frame.
В возможном варианте развития установки лазерная система состоит из лазерного излучателя, сканирующего устройства, коллиматора и оптического волокна.In a possible embodiment of the installation, the laser system consists of a laser emitter, a scanning device, a collimator and an optical fiber.
В возможном варианте развития установки герметичная камера может иметь смотровое окно.In a possible embodiment of the installation, the sealed chamber may have a viewing window.
В возможном варианте развития установки система циркуляции инертного газа выполнена в виде турбины с трубопроводами, соединенными вентиляционными отверстиями с герметичной камерой.In a possible embodiment of the installation, the inert gas circulation system is made in the form of a turbine with pipelines connected by ventilation openings to a sealed chamber.
В возможном варианте развития установки система водоохлаждения размещена на трубопроводах системы циркуляции инертного газа.In a possible embodiment of the installation, the water cooling system is located on the pipelines of the inert gas circulation system.
В возможном варианте развития установки внутри герметичной камеры содержится устройство видеофиксации.In a possible embodiment of the installation inside the sealed chamber contains a video recording device.
В возможном варианте развития установки опора имеет плоскую поверхность.In a possible development variant of the installation, the support has a flat surface.
В возможном варианте развития установки внутри герметичной камеры находятся датчики для снятия показаний и передачи их системе управления.In a possible development of the installation, sensors are located inside the sealed chamber for taking readings and transmitting them to the control system.
В возможном варианте развития установки что выравниватель выполнен в виде каретки, которая сверху имеет полость для загрузки порошкового материала.In a possible embodiment of the installation, the equalizer is made in the form of a carriage, which on top has a cavity for loading powder material.
В возможном варианте развития установки герметичная камера, ниже плоскости построения формируемого изделия, содержит принимающий бункер.In a possible embodiment of the installation, the sealed chamber, below the plane of construction of the formed product, contains a receiving hopper.
Способ изготовления металлических изделий селективным лазерным спеканием на установке, изложенный выше, характеризующийся тем, что осуществляют первый этап, на котором порошковый материал засыпают в загрузочный бункер, закрывают герметичную камеру, откачивают воздух из герметичной камеры с помощью вакуумной системы, затем заполняют внутренний объем герметичной камеры инертным газом из блока подачи инертного газа до достижения заданного давления, включают систему циркуляции инертного газа, обеспечивают непрерывный обдув зоны сплавления порошкового материала и оптического оборудования лазерной системы через вентиляционные отверстия и производят нагрев основания с подложкой для формируемого изделия, после чего осуществляют второй этап, на котором подают порошковый материал из загрузочного бункера в среде инертного газа через шлюзовое устройство в дозатор, производят выгрузку и разравнивание заданного объема порошкового материала с помощью выравнивателя из дозатора на подложку, полученный слой облучают сфокусированным лазерным излучением в точках слоя, соответствующих поперечному сечению формируемого изделия по заданной программе в системе управления упомянутой установки, после завершения облучения опускают опору для поддержки формируемого изделия на величину толщины полученного слоя, выравниватель перемещают в обратном направлении, затем операции второго этапа повторяют до полного формирования изделия, после чего осуществляют третий этап, на котором удаляют защитный газ из герметичной камеры, выравнивают давление в герметичной камере с атмосферным, открывают герметичную камеру и извлекают полученное изделие из камеры.The method of manufacturing metal products by selective laser sintering at the installation described above, characterized in that the first stage is carried out, in which the powder material is poured into the loading hopper, the sealed chamber is closed, air is pumped out of the sealed chamber using a vacuum system, and then the internal volume of the sealed chamber is filled with inert gas from the inert gas supply unit until the specified pressure is reached, the inert gas circulation system is switched on, and the alloy zone is continuously blown powder material and optical equipment of the laser system through the ventilation holes and produce heating of the base with the substrate for the molded product, after which the second stage is carried out, which feeds the powder material from the loading hopper in an inert gas through a gateway device into the dispenser, unloading and leveling volume of powder material using an equalizer from the dispenser to the substrate, the resulting layer is irradiated with focused laser radiation at the points of the layer, respectively After the irradiation is completed, lower the support to support the molded product by the thickness of the obtained layer, the equalizer is moved in the opposite direction, then the operations of the second stage are repeated until the product is completely formed, after which the third stage is carried out , which removes the protective gas from the sealed chamber, equalizes the pressure in the sealed chamber with atmospheric, opens the sealed chamber and removes cabins product obtained from the camera.
В возможном варианте развития способа заполнение внутреннего объема герметичной камеры инертным газом проводится до достижения избыточного давления 0,01-0,05 атм.In a possible variant of the development of the method, the internal volume of the sealed chamber is filled with inert gas until an overpressure of 0.01-0.05 atm is reached.
В возможном варианте развития способа в качестве инертного газа используют аргон.In a possible embodiment of the method, argon is used as an inert gas.
В возможном варианте развития способа шаги второго этапа автоматизированы, регулируются и управляются программой.In a possible variant of the development of the method, the steps of the second stage are automated, regulated and controlled by the program.
На фиг. 1 и фиг 2 изображена схема установки.In FIG. 1 and 2, an installation diagram is shown.
1 - Дозатор;1 - Dispenser;
2 - Система очистки газа;2 - Gas purification system;
3 - Система вакуумная;3 - Vacuum system;
4 - Система водоохлаждения;4 - Water cooling system;
5 - Система циркуляции инертного газа;5 - Inert gas circulation system;
6 - Загрузочный бункер;6 - loading hopper;
7 - Лазерная система;7 - Laser system;
8 - Система охлаждения лазерной системы;8 - The cooling system of the laser system;
9 - Система управления;9 - Management System;
10 - Блок подачи инертного газа;10 - Inert gas supply unit;
11 - Выравниватель;11 - Leveling device;
12 - Опора;12 - Support;
13 - Шлюзовое устройство;13 - Gateway device;
14 - Герметичная камера;14 - Sealed chamber;
15 - Вентиляционные отверстия;15 - Ventilation openings;
16 - Принимающий бункер.16 - Receiving hopper.
Герметичная камера 14 представляет собой силовую конструкцию, сваренную из листов, усиленных ребрами жесткости. Она предназначена для создания контролируемой среды инертного газа.The sealed
Система очистки газа 2 представляет собой камеру цилиндрической формы с конической нижней частью. Система предназначена для очистки циркулирующего через установку газа от металлических частиц, образующихся в процессе испарения сплавляемого порошкового материала лазерным излучением. Поток газа поступает в патрубок, установленный тангенциально в верхней части аппарата, под действием центробежной силы частицы осаждаются на стенках и ссыпаются в нижнюю часть камеры. Для дополнительной фильтрации проходящего через систему газа, в ней установлен фильтрующий элемент тонкой очистки.The
Вакуумная система 3 состоит из насоса Рутса марки ZJ-150 и механического пластинчато-роторного вакуумного насоса MS-301, соединенных через патрубки и вентиляционные отверстия с герметичной камерой 14. В установке данная система используется для удаления газа из внутреннего объема установки.The
Система водоохдаждения 4 выполнена замкнутой, независима от системы охлаждения лазера 8, заполнена дистиллированной водой и представляет собой чиллер TAEevo M10, соединенный через напорно-сливной коллектор с рубашками охлаждения патрубков, отводящих газ от камеры. Охлаждение газа необходимо для предотвращения нарушения температурного режима работы установки.The
Система циркуляции инертного газа 5 представляет собой турбину, которая соединена через патрубки и вентиляционные отверстия с герметичной камерой. В состав системы также входят трубопроводы, оснащенные системой водоохлаждения 4, используемые для подачи и циркуляции защитного газа согласно командам системы управления 9. Наличие данной системы необходимо для поддержания заданного температурного режима в герметичной камере 14, а также удаления взвешенных частиц сконденсированного материала из области над зоной сплавления. Присутствие посторонних тел в области прохождения лазерного пучка, излучаемого лазерной системой 7, может повлечь за собой снижение мощности, подводимой к сплавляемому материалу, что вызовет ухудшение эксплуатационных свойств изготавливаемой детали. Непрерывный поток газа в камере также необходим для обдува защитного стекла лазерной системы 7 с целью предотвращения его загрязнения продуктами испарения металла.The inert
Для обеспечения циркуляции защитного газа использована турбина с приводом от трехфазного электродвигателя. Расход газа через систему циркуляции регулируется системой управления 9.To provide shielding gas circulation, a turbine driven by a three-phase electric motor was used. The gas flow through the circulation system is regulated by the
Загрузочный бункер 6 представляет собой герметичную емкость с порошком присоединяемую к камере 14 через шлюзовое устройство 13 и служит для подачи в вакуумной среде порошка в дозатор 1 через шлюзовое устройство 13.The
Лазерная система 7 представляет собой коллиматор, источник лазерного излучения, сканирующую систему. Лазерное излучение передается от источника к коллиматору через гибкий оптический кабель. Сканирующая система фокусирует параллельный пучок, излучаемый коллиматором в точку с координатами, задаваемыми системой управления и представляет собой набор линз и зеркал, перемещаемых высокоточными сервоприводами.The
Система охлаждения лазера 8 выполнена замкнутой, заполнена дистиллированной водой. В состав системы входит чиллер с подводящими и отводящими патрубками. Охлажденная вода подводится к лазерной системе 7 - источнику лазерного излучения, коллиматору и сканирующей системе.The
Система управления 9 состоит из двух электрических шкафов - стоек с установленными внутри контроллерами серводвигателей, приемниками и анализаторами сигналов датчиков, расположенных на установке, контроллерами исполнительных механизмов: реле, приводов заслонок и т.д. Система необходима для поддержания заданного состояния атмосферы в камере, контроля и регулировке температуры подложки, выполнения операций по подготовке установки к работе (открытия крышки, переключения перепускных клапанов, управления турбиной), а также для выполнения циклических операций в процессе спекания (перемещения каретки, стола, управления подачей порошка)The
Блок подачи инертного газа 10 представляет собой систему баллонов высокого давления, заполненных инертным газом, и служит для хранения и подачи инертного газа.The inert
Выравниватель 11 представляет собой каретку, которая выполнена в виде коробчатой конструкции, по бокам которой установлены два ножа, перпендикулярно направлению движения каретки. Ножи предназначены для выравнивания слоя нанесенного порошка и имеют скосы для предотвращения заклинивания каретки при касании ею изготавливаемой детали.The
Опора 12 представляет собой подогреваемое основание и подложку, которая крепится к основанию.The
Шлюзовое устройство 13 представляет собой герметичный затвор с ответным фланцем и служит для подачи порошка их загрузочного бункера 6 в дозатор 1.The
Вентиляционные отверстия 15 служат для соединения герметичной камеры 14 с различными системами установки, например, системами 3, 5, 10, и оборудованы диффузорами с установленными внутри направляющими аппаратами, предназначенными для выравнивания скоростей потока газа.The
Принимающий бункер 16 представляет собой емкость для ссыпания неиспользованного порошка и спеков.The receiving
Внутренний вид камеры со снятой крышкой показан на фиг. 2.An internal view of the camera with the cover removed is shown in FIG. 2.
Во внутреннем пространстве герметичной камеры 14 смонтирован стол с направляющими и загрузочный бункер 6, который смонтирован на раме. Стол представляет собой рамную металлоконструкцию с установленной сверху горизонтальной толстостенной плитой. Внутри стола смонтирована шахта квадратного сечения, установлены приводы, исполнительные механизмы, электрические разъемы и кабели. Также в столе предусмотрены направляющие для установки принимающих бункеров 16 для отработанного порошка.In the interior of the sealed
В шахте установлена опора 12, состоящая из подогреваемого нагревателем основания, которая выполнена в виде плиты с каналами для установки нихромового нагревателя и подложки, на которой происходит процесс построения (формирования). По контуру опоры расположен подпружиненный фетровый уплотнитель для предотвращения просыпания порошка из области построения. Необходимость нагрева гранул порошка на опоре обусловлена максимально допустимой скоростью охлаждения расплавленного металла. При высокой скорости охлаждения в процессе сплавления возможна деформация металла, находящегося в твердо-жидком состоянии за счет усадки уже затвердевшей части изготавливаемого изделия. Поэтому нагрев основания опоры 12 обеспечивает снижение вероятности образования горячих трещин в получаемой детали.A
Подложка выполнена съемной, крепится к основанию опоры 12 четырьмя болтами и служит для беспрепятственного извлечения сформированного изделия вместе с подложкой из герметичной камеры 14.The substrate is removable, attached to the base of the
Для контроля температуры в верхней части основания расположены термопары, контактирующие с подложкой. Данные о температуре поступают в систему управления 9, которая корректирует мощность нагревателя, необходимую для ее поддержания. Опора 12 установлена на двух направляющих, обеспечивающих ее горизонтальное перемещение. Для достижения необходимой точности позиционирования в конструкции применена передача винт-гайка МА25В RL исп. 1U-RH С560 с серводвигателем XML SE-15AEK, коническим редуктором BG86-R1-R-M2-конф.10-Е-Н0 и домкратом MA25BRL. Система оснащения программной компенсацией люфта исполнительных механизмов. Перекос при подъеме и опускании исключается за счет применения сдвоенных симметричных направляющих и линейных передач. Между подложкой и шахтой конструктивно заложен зазор для компенсации температурного расширения. Герметизация стыка для предотвращения просыпания порошка обеспечивается за счет подпружиненных фетровых накладок.To control the temperature in the upper part of the base are thermocouples in contact with the substrate. The temperature data is supplied to the
На верхней части стола установлены направляющие горизонтального перемещения, на которых закреплена каретка. Диапазон перемещения устанавливается с помощью концевых выключателей, расположенных на раме. Каретка приводится в движение с помощью ременной передачи приводным серводвигателем.On the upper part of the table there are horizontal guides on which the carriage is fixed. The range of movement is set using limit switches located on the frame. The carriage is driven by a belt drive with a servo motor.
В верхней части стола имеются продольные вырезы, выполненные так, чтобы каретка в крайних положениях своим краем останавливалась вплотную к ним. Таким образом, обеспечивается ссыпание излишков порошка в принимающие бункера 16. В одном из крайних положений каретка останавливается в зоне дозатора 1. Дозатор 1 закреплен на стенке герметичной камеры 14 и представляет собой резервуар для хранения порошка с закрепленной внизу обоймой с двумя пазами - загрузочным и выгрузным. Загрузочный паз расположен в верхней части обоймы и соединен с резервуаром для порошка. Выгрузной паз находится на противоположной стороне обоймы, внутри которой установлен зубчатый вал. При повороте вала порошок через загрузочный паз ссыпается в полость между выемкой в нем и обоймой и перемещается в направлении выгрузного отверстия. Таким образом, обеспечивается дозированная подача порошкового материала во внутреннюю полость каретки.In the upper part of the table there are longitudinal cuts made so that the carriage in extreme positions with its edge stops close to them. Thus, the excess powder is poured into the receiving
На потолочной части герметичной камеры 14 установлены: лазерная система 7, установка видеофиксации, освещение, шлюзовое устройство 13 для засыпки материала из загрузочного бункера 6 в дозатор 1. Сбоку камеры 14 со стороны оператора предусмотрено смотровое окно.On the ceiling of the sealed
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед началом процесса сплавления проводится откачка воздуха из герметичной камеры 14 с помощью вакуумной системы 3. Затем проводится заполнение внутреннего объема камеры 14 инертным газом - агроном из блока 10 до достижения избыточного давления ~ 0,01 - 0,05 атм. По достижении заданного давления включается турбина 5, обеспечивающая непрерывный обдув зоны сплавления порошка и оптического оборудования через вентиляционные отверстия 15.Before starting the fusion process, air is evacuated from the sealed
Перед запуском процесса проводится адаптация исходной трехмерной модели - разделение на плоские сечения относительно небольшой высоты, соответствующей будущей толщине слоя.Before starting the process, the initial three-dimensional model is adapted - division into flat sections of a relatively small height corresponding to the future layer thickness.
Далее производят нагрев основания и подложки для формируемого изделия до 200 С.Next, the base and substrate are heated for the molded product to 200 C.
Далее выравниватель 11, выполненный в виде каретки подводится к дозатору 1, заполненному порошком из загрузочного бункера 6 ранее, из него проводится выгрузка расчетного объема порошка в каретку. Между кареткой и подложкой основания опоры 12 устанавливается зазор, равный толщине слоя (40-80 мкм). Каретка с помощью двигателя XML-SBP04AEK и червячного редуктора NMRV050-FL отводится в противоположном направлении, высыпая и разравнивая порошок по ходу движения.Next, the
Полученный слой облучается сфокусированным лазерным излучением, направляемым трехосевым сканирующим устройством лазерной системы 7. Траектория движения луча устанавливается согласно заданному поперечному сечению загруженной в систему управления 9 модели.The resulting layer is irradiated by focused laser radiation directed by a three-axis scanning device of the
После завершения облучения происходит опускание опоры на величину толщины слоя, каретка перемещается в обратном направлении и производится процесс сканирования следующего сечения.After irradiation is completed, the support is lowered by the value of the layer thickness, the carriage moves in the opposite direction and the scanning process of the next section is performed.
Таким образом, тонкие слои порошка наносятся на подложку и облучаются иттербиевым волоконным лазером ЛС-1000 согласно программе.Thus, thin layers of powder are deposited on a substrate and irradiated with an LS-1000 ytterbium fiber laser according to the program.
Спеки и излишки порошкового материала сдвигаются с опоры 12 при обратном горизонтальном перемещении выравнивателя 11 и через отверстия ссыпаются в принимающие бункера 16. Операции повторяются шаг за шагом, до полного изготовления детали.The specs and excess powder material are displaced from the
Все процессы проходят в среде заполненной инертным газом - аргоном, в том числе процесс пересыпания гранул в дозатор 1. Отсутствие прямого контакта порошка с воздухом снижает возможность образования оксидов металлов, а также попадания паров воды из окружающей среды, что положительно сказывается на качестве готовой продукции.All processes take place in an environment filled with an inert gas - argon, including the process of pouring granules into
После полного формирования детали осуществляется дегазация герметичной камеры 14, с последующим напуском воздуха до достижения атмосферного давления внутри камеры.After the complete formation of the part, the sealed
Изготовленная деталь извлекается из герметичной камеры в сборе с подложкой и отправляется на дальнейшую обработку.The fabricated part is removed from the sealed chamber assembly with the substrate and sent for further processing.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристики изготавливаемых с его применением изделий, а также снижает вероятность образования дефектов в процессе изготовления.Thus, the claimed invention provides improved operational characteristics manufactured with its use of products, and also reduces the likelihood of defects in the manufacturing process.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105055A RU2717761C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105055A RU2717761C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2717761C1 true RU2717761C1 (en) | 2020-03-25 |
Family
ID=69943272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019105055A RU2717761C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2717761C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212277U1 (en) * | 2021-12-09 | 2022-07-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | 3D printer for printing metal products |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5908569A (en) * | 1995-05-09 | 1999-06-01 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Apparatus for producing a three-dimensional object by laser sintering |
| RU2299787C2 (en) * | 2004-10-21 | 2007-05-27 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (ГНУ ИПМ) | Plant for powder laser stereolythography |
| RU2550475C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Device to manufacture items by layer-by-layer laser agglomeration of powders |
| RU174680U1 (en) * | 2016-11-18 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Device for manufacturing parts by layer-by-layer laser synthesis |
-
2019
- 2019-02-22 RU RU2019105055A patent/RU2717761C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5908569A (en) * | 1995-05-09 | 1999-06-01 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Apparatus for producing a three-dimensional object by laser sintering |
| RU2299787C2 (en) * | 2004-10-21 | 2007-05-27 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (ГНУ ИПМ) | Plant for powder laser stereolythography |
| RU2550475C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Device to manufacture items by layer-by-layer laser agglomeration of powders |
| RU174680U1 (en) * | 2016-11-18 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Device for manufacturing parts by layer-by-layer laser synthesis |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212277U1 (en) * | 2021-12-09 | 2022-07-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | 3D printer for printing metal products |
| RU2803179C1 (en) * | 2022-11-16 | 2023-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Device for selective laser melting of powder materials |
| RU2803176C1 (en) * | 2022-11-16 | 2023-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Device for selective laser melting of powder materials |
| RU2811347C1 (en) * | 2023-10-04 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for additive manufacturing of parts and device for its implementation |
| RU222177U1 (en) * | 2023-10-19 | 2023-12-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING OF PARTS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11370031B2 (en) | Large scale additive machine | |
| CN110191792B (en) | Additive Manufacturing Using Mobile Scanning Areas | |
| CN110337359B (en) | Additive manufacturing using a mobile build space | |
| US12030248B2 (en) | Device and method for producing three-dimensional workpieces | |
| US12076789B2 (en) | Additive manufacturing using a dynamically grown build envelope | |
| JP7035076B2 (en) | Preheating materials in additional manufacturing equipment | |
| US10252332B2 (en) | Powder processing arrangement and method for use in an apparatus for producing three-dimensional work pieces | |
| CN110167697B (en) | Additive manufacturing using selective recoating machine | |
| RU2393056C1 (en) | Method of sintering parts from powders | |
| RU2717761C1 (en) | Apparatus for selective laser sintering and method of producing large-size articles on said apparatus | |
| RU152433U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING PRODUCTS FROM POWDERED MATERIALS | |
| TW202012072A (en) | Lamination molding apparatus | |
| JP2021155845A (en) | 3D modeling equipment and manufacturing method of modeled objects | |
| RU154761U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING PRODUCTS FROM POWDERED MATERIALS |