RU2717768C1 - Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов - Google Patents
Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717768C1 RU2717768C1 RU2019132515A RU2019132515A RU2717768C1 RU 2717768 C1 RU2717768 C1 RU 2717768C1 RU 2019132515 A RU2019132515 A RU 2019132515A RU 2019132515 A RU2019132515 A RU 2019132515A RU 2717768 C1 RU2717768 C1 RU 2717768C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- mixture
- binder
- product
- articles
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 75
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 25
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 11
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 5
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 4
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 4
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 3
- 229910003925 SiC 1 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000010336 energy treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
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
- 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
- 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
- B22F10/10—Formation of a green body
- B22F10/18—Formation of a green body by mixing binder with metal in filament form, e.g. fused filament fabrication [FFF]
-
- 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
- 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- 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)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к аддитивному формованию изделий из порошковых материалов. Способ включает экструзионную подачу смеси, содержащей порошок металлов или керамики и полимерное связующее, в зону построения изделия с одновременным локальным тепловым разогревом смеси и последующую термообработку сформированного изделия для удаления связующего. В качестве порошка металлов или керамики используют порошок, имеющий полидисперсный гетерофазный состав с дисперсностью 0,1-20 мкм. В качестве полимерного связующего используют связующее, имеющее проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1. Локальный тепловой разогрев смеси осуществляют посредством пропускания через нее импульсов электрического тока с амплитудой 100-1000 В и длительностью 0,005-0,01 сек. Обеспечивается аддитивное формование изделий из порошковых материалов без явно выраженных анизотропных свойств. 3 пр.
Description
Изобретение относится к технологии аддитивного получения изделий, обладающих сложной объемной формой, и может быть использовано в медицине, в нефтегазовом комплексе и машиностроении для изготовления изделий, работающих при повышенных температурах, под нагрузкой или в агрессивных средах.
Известны способ и устройство аддитивного изготовления деталей методом прямого осаждения материала, управляемого в электромагнитном поле из RU 2627527, опубл. 08.08.2017 [1].
Способ включает прямое осаждение потока гранул порошка металла или неметалла из накопительной емкости в ванну расплава на опорном столе для формирования детали, наплавляемой посредством тепловой энергии лазерного или электронного источника нагрева, и кристаллизацию расплава с обеспечением формирования детали. Осаждение гранул порошка ведут под действием сил тяжести и электромагнитных сил с обеспечением приобретения ими положительного или отрицательного заряда в полете, при этом управляют траекторией и скоростью движения гранул порошка в полете посредством электромагнитного поля в соответствии с заданной программой. Предложено также устройство для аддитивного изготовления деталей. Устройство для аддитивного изготовления деталей содержит лазерный или электронно-лучевой источник нагрева. Обеспечивается повышение эффективности аддитивного изготовления деталей.
Недостатком изобретения является невозможность применения в качестве материала для аддитивного изготовления деталей полидисперсных материалов.
Известны способ и система для аддитивного производства с использованием светового луча из RU2697470, опубл. 14.08.2019 [2].
Изобретение относится к получению трехмерных объектов способом аддитивного производства. Способ включает этапы: а) подачи строительного материала и b) расплавления строительного материала световым лучом. При этом этапы а) и b) выполняют так, чтобы поступательно изготавливать объект из расплавленного строительного материала. На этапе b) луч проецируют на строительный материал, чтобы создать на строительном материале первичное пятно, и луч неоднократно сканируют в двух измерениях в соответствии с первой моделью сканирования, чтобы создать эффективное пятно на строительном материале. Причем это эффективное пятно имеет двухмерное распределение энергии. Эффективное пятно смещается по отношению к изготавливаемому объекту, чтобы поступательно изготавливать объект путем расплавления строительного материала. Техническим результатом изобретения является повышение скорости и качества сплавления строительного материала.
Недостатком способа является то, что при изготовлении изделий из строительного материала происходит одновременное локальное сплавление материала, в отличие от предложенного способа аддитивного формования изделий из порошковых материалов с последующей термообработкой изделий в равновесных условиях, обеспечивающим равномерную усадку и предотвращающим возможное накопление внутренних напряжений, способных привести к снижению прочности изделия.
Известен способ изготовления детали и устройство для его осуществления из RU2021881, опубл. 30.10.1994 [3].
Сущность: компьютер либо вычисляет или заранее получает границы требуемых поперечных сечений детали. Для каждого поперечного сечения цель лазерного луча сканирует по слою порошка, и луч включается лишь для спекания порошка внутри границ поперечного сечения. Порошок наносится и последовательными слоями спекается до образования законченной детали. Порошок может быть из пластмассового, металлического керамического или полимерного вещества. В предпочтительном варианте цель лазера перемещается непрерывным растровым сканированием и лазер включается, когда луч нацелен внутрь границ конкретного поперечного сечения, формируемого в текущий момент. Предпочтительно, чтобы распределяющий порошок механизм имел барабан, который перемещается горизонтально над мишеневой областью и противоходово вращается, выравнивая и распределяя порошок в равномерный слой на мишеневой площадке. Нижетяговая система создает воздушный поток регулируемой температуры через мишеневую площадку, понижая температуру порошка во время спекания.
Недостатком способа является то, что при изготовлении детали из пластмассового, металлического, керамического или полимерного вещества происходит одновременное локальное спекание вещества, в отличие от предложенного способа аддитивного формования изделий из порошковых материалов с последующей термообработкой изделий в равновесных условиях, обеспечивающим равномерную усадку и предотвращающим возможное накопление внутренних напряжений, способных привести к снижению прочности изделия
Известен способ изготовления трехмерного изделия из RU2566117, опубл. 20.10.2015 [4]
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления трехмерного изделия. Способ изготовления трехмерного изделия из жаропрочного сплава на основе никеля, кобальта или железа характеризуется тем, что осуществляют последовательное нанесение на пластину - подложку порошка или суспензии порошка сплава на основе никеля, кобальта или железа и наращивание изделия аддитивным процессом с получением изделия с анизотропией свойств. Затем проводят термическую обработку полученного изделия, обеспечивающую перекристаллизацию и/или укрупнение зерен для снижения анизотропии свойств изготавливаемого изделия. Изготавливают трехмерное изделие аддитивным способом без анизотропии свойств.
Технической проблемой изобретения является разработка способа формирования изделий из порошковых материалов методом аддитивного производства без явно выраженных анизотропных свойств.
Также техническим результатом способа является изготовление изделий, требующих минимальных затрат на их дополнительную обработку, возможность безотходного производства тонкостенных изделий сложной формы различного назначения.
Указанный технический результат достигается тем, что способ аддитивного формирования изделий из порошковых материалов включает экструзионную подачу органно-неорганической смеси в зону построения изделия с одновременным ее локальным тепловым разогревом и последующую термообработку сформированного изделия, при этом локальный тепловой разогрев смеси осуществляот пропусканием импульса электрического тока заданной длительности и амплитуды через органно-неорганическую смесь.
При этом в способе используют органическую составляющую смеси имеющую заданную для пропускания импульса тока проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1, а неорганическая составляющая смеси имеет полидисперсный гетерофазный состав с интервалом дисперсности порошков от 0,1 до 20 мкм.
Импульсы тока подбирают исходя из электропроводности органно-неорганической смеси и имеют амплитуду, равную 100-1000 В и длительность, равную 0,005-0,01 сек.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Предложен способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов, основанный на экструдировании органно-неорганической смеси.
PIM (CIM) технологии подразумевают формование «зеленого» продукта из смеси порошков (металлов или керамик) и полимерного связующего, требующего последующей отдельной стадии термообработки, что обеспечивает равномерную усадку по всему объему изделий и, соответственно, более совершенную структуру, без явно выраженных анизотропных свойств. В настоящее время PIM (CIM) технологии практически не имеют ограничений по составу компонентов порошковых систем.
Предложенный способ аддитивного формирования изделий из порошковых материалов включает экструзионную подачу органно-неорганической смеси в зону построения изделия с одновременным ее локальным тепловым разогревом и последующую термообработку сформированного изделия, при этом локальный тепловой разогрев смеси осуществляот пропусканием импульса электрического тока заданной длительности и амплитуды через органно-неорганическую смесь.
Ток проходит сквозь полимерно-неорганическую смесь от электрода-анода, расположенного на конце сопла экструдера, послойно наносящего полимерно- неорганическую смесь, к металлической поверхности, на которой происходит аддитивное формование изделия - катоду. Протекание тока вызывает локальный нагрев и сплавление органического компонента состава в монолит, наполненный порошковым материалом.
Органическая составляющая смеси имеет заданную для пропускания импульса тока проводимость. Неорганическая составляющая смеси имеет полидисперсный гетерофазный состав. Это является отличием от традиционных PIM (CIM) аддитивных методов производства изделий из металлических и керамических порошков, в которых применяются гомогенные порошковые составы, представленные частицами, имеющими одинаковый размер, форму и состав.
Импульсы тока подбирают путем теоретического расчёта исходя из электропроводности органно-неорганической смеси. После формования изделие подвергают отжигу для удаления связующего и обеспечения припекания неорганических частиц и спеканию для снижения анизотропии свойств изготавливаемого изделия.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Разработка предлагаемого способа проводилась на примере полидисперсных гетерофазноых порошковых материалов
Приготовление порошковых смесей осуществлялось в высокоэнергетическом смесителе марки МА-2Д. Длительность обработки в мельнице составляла 3 минуты при центробежном ускорении 1000 м/с2 в атмосфере аргона. В качестве смесителей использовались сферические мелющие тела ZrO2.
Введение в порошковую смесь связующего осуществлялось в барабанном смесителе в среде этанола в течение 10 минут. Соотношение объемных долей исходной порошковой смеси и связующего составляет от 10:1 до 5:1. Связующее представляло собой высоковязкую составляющую - полиацетилен и/или полипиррол и парафин, взятых в соотношении объемных долей 1:1. После смешивания порошкового и пластичных компонентов происходило высушивание смеси до влажности не более 25 %.
Оптимальный количественный состав связующего из парафинового воска и полиацетилена и/или полипиррола 1:1 обеспечивает достаточную жесткость изделия после удаления связующего и хорошую газопроницаемость для последующего удаления высокомолекулярного компонента. Органическая составляющая смеси имеет заданную для пропускания импульса тока проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1.
Формование изделия проводилось на экспериментальной установке аддитивного формования изделий путем экструзионной шнековой подачи органно-неорганической смеси в зону формирования изделия и последующего локального теплового нагрева смеси. Локальный разогрев органно-неорганической смеси в зоне построения изделия осуществляли пропусканием импульса электрического тока с длительностью, равной 0,005-0,01 сек и амплитудой, равной 100-1000 В. При этом происходило сплавление частиц органической составляющей смеси, что приводило к формированию монолита из органического полимера, наполненного порошковым материалом.
После формования изделие подвергалось отжигу в вакуумной печи при температуре 1200-1300°С, скорости нагрева 50°С в час и выдержке 1 час для удаления связующего и обеспечения начального припекания неорганических частиц.
В случаях с керамическими порошками, производилось последующее спекание в вакуумной печи при 1800±10°С, скорость нагрева 300°С в час и выдержке 1 час, что обеспечивает равномерную усадку по всему объему изделий и, соответственно, более совершенную структуру, без явно выраженных анизотропных свойств.
Пример 1.
Формуют образец в форме диска диаметром 20 мм и высотой 4 мм из полидисперсного гетерофазного керамического порошкового материала состава: ZrC-BN-ZrB2-SiC со средним размером частиц: ZrC 1,4 мкм, BN 5 мкм, ZrB2 0,5 мкм, SiC 1 мкм, CNT 0,1 мкм.
Исходная порошковая смесь содержала 40 объемных % ZrC, 5 объемных % BN, 40 объемных % ZrB2, 10 объемных % SiC и 5 объемных % CNT и была получена путем высокоэнергетическоой обработки в смесителе марки МА-2Д в течении 3 минут при центробежном ускорении 1000 м/с2 в атмосфере аргона. В качестве смесителей использовались сферические мелющие тела ZrO2 при отношении массы мелющих тел к массе порошка 5:1.
Приготовление порошковой смеси для аддитивного производства образца из порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей – полиацетилен и парафинового воска, взятых в соотношении объемных долей 1:1, осуществляли в барабанном смесителе в среде этанола в течение 10 минут. Соотношение объемных долей порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей 17:3.
Формование образца проводилось путем экструзионной шнековой подачи органно-неорганической смеси в зону формирования изделия и последующего локального теплового нагрева смеси. Органическая составляющая смеси имеет для пропускания импульса тока проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1. Локальный разогрев органно-неорганической смеси в зоне построения изделия осуществляли пропусканием импульса электрического тока с длительностью 0,01 сек и амплитудой 900 В. При этом происходило сплавление частиц органической составляющей смеси, что приводило к формированию монолита из органического полимера, наполненного керамическим порошком.
После формования образец подвергался отжигу в вакуумной печи при температуре 1200°С, скорости нагрева 50°С в час и выдержке 1 час для удаления связующего и обеспечения начального припекания неорганических частиц. Последующее спекание производилось в вакуумной печи при 1800°С, скорость нагрева 300°С в час и выдержке 1 час для обеспечения консолидации и спекания образца с целью снижения анизотропии свойств материала образца.
Пример 2.
Формуют образец в форме диска диаметром 20 мм и высотой 4 мм из полидисперсного гетерофазного керамического порошкового материала состава TiC-BN-ZrB2-SiC-CNT со средним размером частиц: TiC 1 мкм, BN 5 мкм, ZrB2 0,5 мкм, SiC 1 мкм, CNT 0,1 мкм.
Исходная порошковая смесь содержала 40 объемных % TiC, 5 объемных % BN, 40 объемных % ZrB2, 10 объемных % SiC и 5 объемных % CNT и была получена путем высокоэнергетическоой обработки в смесителе марки МА-2Д в течении 3 минут при центробежном ускорении 1000 м/с2 в атмосфере аргона. В качестве смесителей использовались сферические мелющие тела ZrO2 при отношении массы мелющих тел к массе порошка 5:1.
Приготовление порошковой смеси для аддитивного производства образца из порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей – полипиррол и парафинового воска, взятых в соотношении объемных долей 1:1, осуществляли в барабанном смесителе в среде этанола в течение 10 минут. Соотношение объемных долей порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей 10:1.
Формование образца проводилось путем экструзионной шнековой подачи органно-неорганической смеси в зону формирования образца и последующего локального теплового нагрева смеси. Органическая составляющая смеси имеет заданную для пропускания импульса тока проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1. Локальный разогрев органно-неорганической смеси в зоне построения образца осуществляли пропусканием импульса электрического тока с длительностью 0,01 сек и амплитудой 950 В. При этом происходило сплавление частиц органической составляющей смеси, что приводило к формированию монолита из органического полимера, наполненного керамическим порошком.
После формования образец подвергался отжигу в вакуумной печи при температуре 1200°С, скорости нагрева 50°С в час и выдержке 1 час для удаления связующего и обеспечения начального припекания неорганических частиц. Последующее спекание производилось в вакуумной печи при 1800°С, скорость нагрева 300°С в час и выдержке 1 час для обеспечения консолидации и спекания образца с целью снижения анизотропии свойств изготавливаемого материала образца.
Пример 3.
Формуют образец в форме диска диаметром 20 мм и высотой 3 мм из металлического порошкового материала состава Fe-Ni.
Исходная порошковая смесь содержала 65 весовых % Fe со средним размером частиц 20 мкм, 35 весовых % Ni со средним размером частиц 10 мкм и была получена путем высокоэнергетическоой обработки в смесителе марки МА-2Д в течении 3 минут при центробежном ускорении 1000 м/с2 в атмосфере аргона. В качестве смесителей использовались сферические мелющие тела из стали марки ВК8 при отношении массы мелющих тел к массе порошка 5:1.
Приготовление порошковой смеси для аддитивного производства образца из порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей – полиацетилена и парафинового воска, взятых в соотношении объемных долей 1:1 осуществляли в барабанном смесителе в среде этанола в течение 10 минут. Соотношение объемных долей порошковой смеси компонентов вышеуказанного состава и высоковязкой составляющей 10:1.
Формование образца проводилось путем экструзионной шнековой подачи органно-неорганической смеси в зону формирования образца и последующего локального теплового нагрева смеси. Органическая составляющая смеси имеет заданную для пропускания импульса тока проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1. Локальный разогрев органно-неорганической смеси в зоне построения образца осуществляли пропусканием импульса электрического тока с длительностью 0,005 сек и амплитудой 870 В. При этом происходило сплавление частиц органической составляющей смеси, что приводило к формированию монолита из органического полимера, наполненного металлическим порошком.
После формования образец подвергался отжигу в вакуумной печи при температуре 1300 оС, скорости нагрева 50 оС в час и выдержке 1 час для удаления связующего и обеспечения спекания неорганических частиц. Полученный материал образца обладает коэффициентом теплопроводности, равным 1,5*10-6 K−1, однородным по указанному свойству по всему объему образца.
Предлагаемый способ позволяет изготавливать изделия, требующие минимальных затрат на их дополнительную обработку, а также осуществлять безотходное производство тонкостенных изделий сложной формы различного назначения.
Claims (1)
- Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов, включающий экструзионную подачу смеси, содержащей порошок металлов или керамики и полимерное связующее, в зону построения изделия с одновременным локальным тепловым разогревом смеси и последующую термообработку сформированного изделия для удаления связующего, отличающийся тем, что в качестве порошка металлов или керамики используют порошок, имеющий полидисперсный гетерофазный состав с дисперсностью 0,1-20 мкм, а в качестве полимерного связующего используют связующее, имеющее проводимость, равную 0,01-0,03 Ом−1·м−1, при этом локальный тепловой разогрев смеси осуществляют посредством пропускания через нее импульсов электрического тока с амплитудой 100-1000 В и длительностью 0,005-0,01 сек.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132515A RU2717768C1 (ru) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132515A RU2717768C1 (ru) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2717768C1 true RU2717768C1 (ru) | 2020-03-25 |
Family
ID=69943264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019132515A RU2717768C1 (ru) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2717768C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777114C1 (ru) * | 2021-09-10 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Способ 3d-печати изделий активированной ультразвуком струей порошкового материала, пластифицированного термопластичной связкой |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2288073C2 (ru) * | 2002-07-23 | 2006-11-27 | Юниверсити Оф Саутерн Калифорния | Способ и установка для изготовления объемных металлических изделий |
| WO2009108913A2 (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | San Diego State University | Current activated tip-based sintering (cats) |
| RU2566117C2 (ru) * | 2012-08-21 | 2015-10-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ изготовления трехмерного изделия |
| RU2668107C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов |
-
2019
- 2019-10-15 RU RU2019132515A patent/RU2717768C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2288073C2 (ru) * | 2002-07-23 | 2006-11-27 | Юниверсити Оф Саутерн Калифорния | Способ и установка для изготовления объемных металлических изделий |
| WO2009108913A2 (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | San Diego State University | Current activated tip-based sintering (cats) |
| RU2566117C2 (ru) * | 2012-08-21 | 2015-10-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ изготовления трехмерного изделия |
| RU2668107C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777114C1 (ru) * | 2021-09-10 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Способ 3d-печати изделий активированной ультразвуком струей порошкового материала, пластифицированного термопластичной связкой |
| RU223293U1 (ru) * | 2023-09-29 | 2024-02-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Аддитивная установка для формирования изделий из металл-полимерного композита |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3187285B1 (en) | Powder for layer-by-layer additive manufacturing, and process for producing object by layer-by-layer additive manufacturing | |
| Nouri et al. | Powder morphology in thermal spraying | |
| US11858038B2 (en) | Method for additively manufacturing a component, and an additively manufactured component | |
| Guo et al. | Effects of scanning parameters on material deposition during Electron Beam Selective Melting of Ti-6Al-4V powder | |
| CN105764674B (zh) | 使用泥釉的3d打印方法 | |
| CN105764634B (zh) | 采用适用于目标方法/材料对的粉末，通过用高能束熔融或烧结粉末颗粒来叠加制造部件的方法 | |
| US20180147627A1 (en) | Powder for energy beam sintering, method for producing powder for energy beam sintering, and method for producing sintered body | |
| JP6162311B1 (ja) | 積層造形法による粉末冶金焼結体の製造方法 | |
| WO2014188778A1 (ja) | ３次元造形物の製造方法 | |
| CN105499570B (zh) | 一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3d打印方法 | |
| CA2976065A1 (en) | Titanium powder, and ingot and sintered article of titanium powder | |
| CN109022920A (zh) | 一种无裂纹的4d打印钛镍形状记忆合金及其制备方法 | |
| CN105903970A (zh) | 一种利用感应加热快速成形金属零件的装置和方法 | |
| CN107914014A (zh) | 一种纯钨金属零件的电子束选区熔化成形方法 | |
| CN113118455B (zh) | 一种基于浆料直写的制备金属人工骨3d打印方法 | |
| CN105772727A (zh) | 一种金属材料梯度零件的3d打印成型方法 | |
| Yi et al. | Strong and densified 3D metal-ceramic composite with strengthened layer structure by material extrusion additive manufacturing | |
| CN107900336A (zh) | 一种激光3D打印Fe基非晶合金复合材料构件的方法 | |
| CN101374975A (zh) | 放电表面处理用电极的制造方法及放电表面处理用电极 | |
| RU2717768C1 (ru) | Способ аддитивного формования изделий из порошковых материалов | |
| Liu et al. | Selective laser gelation of ceramic–matrix composites | |
| Roshchupkin et al. | Extruder for the production of metal-polymer filament for additive technologies | |
| CN109071357B (zh) | 将基于石墨烯的添加剂添加至应用激光烧蚀的涂层中使用的靶材的方法 | |
| CN103781934A (zh) | 喷涂用Mo粉末及采用它的Mo喷涂膜以及Mo喷涂膜部件 | |
| CN113264767A (zh) | 一种氧化铝/gap共晶陶瓷及其制备方法 |