RU2733520C1 - Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing - Google Patents
Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733520C1 RU2733520C1 RU2020108577A RU2020108577A RU2733520C1 RU 2733520 C1 RU2733520 C1 RU 2733520C1 RU 2020108577 A RU2020108577 A RU 2020108577A RU 2020108577 A RU2020108577 A RU 2020108577A RU 2733520 C1 RU2733520 C1 RU 2733520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- layer
- substrate
- ultrasonic
- product
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
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
- 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
- B22F12/30—Platforms or substrates
-
- 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
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
-
- 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
- B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к изготовлению трехмерного изделия посредством выборочного расплавления порошка в виде последовательно накладываемых слоев из одного или различных порошков.The invention relates to the manufacture of a three-dimensional product by selectively melting a powder in the form of successively applied layers of one or different powders.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники [патент RU 2401180 С2, дата публикации: 10.10.2010] известен способ получения градиентных материалов из порошков, который включает последовательное нанесение слоев порошка из различных материалов, выборочное спекание заданной области, нанесение нового слоя и его спекание. Устройство для реализации известного способа содержит рабочую камеру с входным окном, лазер, рабочий бункер с поршнем, бункер-питатель, каретку для засыпки и укладки порошка. При этом устройство засыпки и укладки дополнительно снабжено механизмом очистки и прикатки порошка.From the prior art [patent RU 2401180 C2, publication date: 10.10.2010] is known a method for producing gradient materials from powders, which includes sequential application of layers of powder from different materials, selective sintering of a given area, application of a new layer and its sintering. The device for implementing the known method contains a working chamber with an entrance window, a laser, a working hopper with a piston, a feeding hopper, a carriage for filling and placing the powder. In this case, the device for filling and laying is additionally equipped with a mechanism for cleaning and rolling in the powder.
Недостатком известного способа является образование дефектов в изделии после сплавления или спекания вследствие возникновения остаточных напряжений, появляющихся в результате неравномерного остывания и фазовых превращений материала, идущих с объемными изменениями, высокие требования к порошкам по их форме и дисперсности, сложность осуществления процесса, образование дефектов в изделиях после их сплавления вследствие неоднородной плотности порошка и образования ступени на границе получаемого изделия, так как высота уплотняемого слоя разная в границах изделия и вне его.The disadvantage of this method is the formation of defects in the product after fusion or sintering due to the occurrence of residual stresses arising as a result of uneven cooling and phase transformations of the material, going with volumetric changes, high requirements for powders in their shape and dispersion, the complexity of the process, the formation of defects in products after their fusion due to the non-uniform density of the powder and the formation of a step at the boundary of the resulting product, since the height of the compacted layer is different within the boundaries of the product and outside it.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения (прототипом) является способ селективного лазерного выращивания деталей из металлических порошков, который включает последовательное нанесение слоев порошка заданной толщины, их выравнивание посредством ножа или валика, выборочное сплавление или спекание лазерным лучом заданной области, нанесение нового слоя и его спекание [Григорьянц А.Г. и др. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении / Учебное пособие. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. - 278 с., с. 65]. Устройство для реализации данного способа состоит из бункера с порошком, рабочей камеры с подложкой, выравнивающего ножа или валика, лазера. После оплавления каждого слоя подложка бункера с порошком поднимается, подложка рабочей камеры опускается, наносится и выравнивается новый слой порошка, и порошок сплавляется или спекается лазером до получения готового изделия.The closest analogue of the present invention (prototype) is a method of selective laser growing of parts from metal powders, which includes sequential application of layers of powder of a given thickness, their alignment by means of a knife or roller, selective fusion or laser beam sintering of a given area, applying a new layer and sintering it [ Grigoryants A.G. and other Laser additive technologies in mechanical engineering / Textbook. - M .: publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2018 .-- 278 p., P. 65]. The device for implementing this method consists of a hopper with powder, a working chamber with a substrate, a leveling knife or roller, and a laser. After each layer is melted, the substrate of the powder hopper rises, the substrate of the working chamber is lowered, a new layer of powder is applied and leveled, and the powder is fused or laser-sintered to obtain a finished product.
Недостатком прототипа является образование остаточных термических и деформационных напряжений, вызванных тепловыми процессами при нагреве и остывании слоев получаемого изделия, которые приводят к пластической деформации изделия (изменению его формы) и образованию в нем трещин, неравновесной структуры, пористости, короблений, расслоений после сплавления или спекания [Григорьянц А.Г. и др. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении / Учебное пособие. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. - 278 с., с. 81]. Поэтому для снятия остаточных напряжений, получения равновесной структуры, повышения вязкости и пластичности материала после выращивания изделий необходимо проводить дополнительную термическую обработку получаемых изделий. Однако такая термическая обработка усложняет технологический процесс, но не решает все возникающие проблемы и применима не для всех материалов [Григорьянц А.Г. и др. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении / Учебное пособие. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. - 278 с., с. 81-83].The disadvantage of the prototype is the formation of residual thermal and deformation stresses caused by thermal processes during heating and cooling of the layers of the resulting product, which lead to plastic deformation of the product (change in its shape) and the formation of cracks, non-equilibrium structure, porosity, warpage, delamination after fusion or sintering [Grigoryants A.G. and other Laser additive technologies in mechanical engineering / Textbook. - M .: publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2018 .-- 278 p., P. 81]. Therefore, to remove residual stresses, obtain an equilibrium structure, increase the viscosity and plasticity of the material after growing the products, it is necessary to carry out additional heat treatment of the resulting products. However, such heat treatment complicates the technological process, but does not solve all the problems that arise and is not applicable for all materials [Grigoryants A.G. and other Laser additive technologies in mechanical engineering / Textbook. - M .: publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2018 .-- 278 p., P. 81-83].
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническая задача настоящего изобретения состояла в устранении недостатков известных технических решений, в том числе прототипа.The technical problem of the present invention was to eliminate the disadvantages of the known technical solutions, including the prototype.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении дефектообразования в изделиях за счет снижения остаточных напряжений и повышения качества сплавления или спекания частиц порошка, в ускорении диффузионных процессов в изделии и в повышении физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств получаемых изделий.The technical result of the proposed invention is to reduce defect formation in products by reducing residual stresses and improving the quality of fusion or sintering of powder particles, accelerating diffusion processes in the product and increasing the physical, mechanical, technological and operational properties of the resulting products.
Техническая задача решается и технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания, включающем последовательное нанесение слоев порошка, их выравнивание посредством ножа или валика и селективное сплавление, в процессе послойного селективного выращивания на изделие воздействуют ультразвуковыми колебаниями.The technical problem is solved and the technical result is achieved by the fact that in the proposed method of manufacturing products from powders by layer-by-layer selective growing, including the sequential deposition of powder layers, their leveling by means of a knife or roller and selective fusion, in the process of layer-by-layer selective growing, the product is exposed to ultrasonic vibrations.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа частота колебаний находится в пределах 16-80 кГц, а амплитуда колебаний составляет 5-70 мкм в зависимости от материала и размеров частиц порошка, размеров изделия. Выбор частоты колебаний определяется тем, что колебания в ультразвуковом диапазоне имеют ряд преимуществ в сравнении с колебаниями слышимого диапазона: возможность получения направленного излучения и фокусировки колебаний, в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний в определенных зонах воздействия. Амплитуда колебаний зависит от вида обрабатываемого материала, формы и размеров получаемого изделия.In a preferred embodiment of the proposed method, the vibration frequency is in the range of 16-80 kHz, and the vibration amplitude is 5-70 μm, depending on the material and particle size of the powder, the size of the product. The choice of vibration frequency is determined by the fact that vibrations in the ultrasonic range have a number of advantages in comparison with vibrations of the audible range: the possibility of obtaining directional radiation and focusing vibrations, as a result of which the intensity of ultrasonic vibrations in certain zones of exposure increases. The amplitude of vibrations depends on the type of material being processed, the shape and size of the resulting product.
В еще одном варианте осуществления способа воздействию ультразвуковыми колебаниями одновременно подвергают выращиваемое изделие и порошок.In another embodiment of the method, the product to be grown and the powder are simultaneously exposed to ultrasonic vibrations.
Для реализации предложенного способа также предложено устройство, содержащее бункер с порошком, рабочую камеру с подложкой, выравнивающий нож или валик для выравнивания порошка, лазер, при этом на подложку рабочей камеры установлен по крайней мере один ультразвуковой излучатель.To implement the proposed method, a device is also proposed containing a hopper with a powder, a working chamber with a substrate, a leveling knife or roller for leveling the powder, a laser, and at least one ultrasonic emitter is installed on the substrate of the working chamber.
В одном из вариантов осуществления предлагаемого устройства подложка рабочей камеры по форме и размерам соответствует основанию выращиваемого изделия.In one embodiment of the proposed device, the substrate of the working chamber corresponds in shape and size to the base of the product to be grown.
В еще одном варианте осуществления устройства колебательная система, включающая ультразвуковой излучатель, концентратор, подложку, имеет размер, кратный полуволне ультразвуковых колебаний.In another embodiment of the device, the vibrational system, including an ultrasonic emitter, a concentrator, a substrate, has a size that is a multiple of a half-wave of ultrasonic vibrations.
Введение ультразвука в тело получаемого изделия и в зону селективного сплавления позволяет получить следующие эффекты:The introduction of ultrasound into the body of the resulting product and into the selective fusion zone allows obtaining the following effects:
1. При прохождении ультразвука по изделию ускоряются диффузионные процессы, процессы термической и химико-термической обработки, естественное и искусственное старение, улучшаются физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства изделий [Хорбенко И.Т. Ультразвук в машиностроении / Издание 2-е. - М.: Машиностроение, 1974. - 280 с., с. 259-261].1. When ultrasound passes through the product, diffusion processes, processes of thermal and chemical-thermal treatment, natural and artificial aging are accelerated, the physical-mechanical, technological and operational properties of products are improved [Khorbenko I.T. Ultrasound in mechanical engineering /
2. При совмещении процессов лазерной сварки и ультразвуковой обработки материала наблюдается подавление образования пор в сварных швах, структура металла получается более равномерной, происходит дегазация расплава, повышаются механические характеристики изделия. При этом увеличение частоты ультразвуковых колебаний ведет к снижению пористости в шве [Горунов А.И. и др. Исследование влияния ультразвуковых воздействий на лазерную сварку нержавеющей стали / Материалы V Международной конференции «Аддитивные технологии: настоящее и будущее», 22 марта 2019 г., с. 74-79].2. When the processes of laser welding and ultrasonic processing of the material are combined, the formation of pores in the welded seams is suppressed, the metal structure is more uniform, the melt degassing occurs, and the mechanical characteristics of the product increase. At the same time, an increase in the frequency of ultrasonic vibrations leads to a decrease in porosity in the seam [Gorunov A.I. et al. Investigation of the influence of ultrasonic effects on laser welding of stainless steel / Materials of the V International Conference "Additive Technologies: Present and Future", March 22, 2019, p. 74-79].
3. Воздействие ультразвука на порошок в процессе выращивания изделия способствует более плотной и равномерной укладке частиц порошка (он начинает как бы "течь"), увеличивая свою плотность, что также снижает дефектообразование в изделиях, повышает качество сплавления или спекания частиц порошка.3. The effect of ultrasound on the powder in the process of growing the product contributes to a denser and more uniform packing of powder particles (it starts to "flow", as it were), increasing its density, which also reduces defect formation in the products, improves the quality of fusion or sintering of powder particles.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Сущность предложенного способа и устройства для его осуществления поясняется чертежами, которые не должны ограничивать объем притязаний заявленного технического решения, поскольку являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая его выполнения.The essence of the proposed method and device for its implementation is illustrated by drawings, which should not limit the scope of claims of the claimed technical solution, since they are only illustrative materials of a particular case of its implementation.
На фиг. 1 представлена схема установки для реализации предложенного способа изготовления изделий из порошка посредством послойного селективного выращивания.FIG. 1 shows a diagram of an installation for implementing the proposed method for manufacturing products from powder by layer-by-layer selective growth.
На фиг. 2 представлен вариант конструкции установки для одновременного воздействия ультразвуком на выращиваемое изделие и порошок.FIG. 2 shows a variant of the design of the installation for the simultaneous action of ultrasound on the grown product and powder.
На фиг. 3 представлен общий вид подложки с дисковым излучателем.FIG. 3 shows a general view of a substrate with a disk radiator.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Предложенный способ включает последовательное нанесение слоев порошка из одного или различных материалов и селективное спекание или сплавление заданной области в плоскости каждого слоя. Устройство для осуществления способа состоит из рабочей камеры и бункера подачи порошка. Оплавление порошка осуществляется лазерным излучением, сканирующим его поверхность. Порошок переносится из бункера подачи в рабочую камеру и выравнивается в рабочей камере ножом или валиком.The proposed method includes sequential deposition of layers of powder from one or different materials and selective sintering or fusion of a given area in the plane of each layer. The device for implementing the method consists of a working chamber and a powder feed hopper. The powder is melted by laser radiation scanning its surface. The powder is transferred from the feed hopper to the working chamber and leveled in the working chamber with a knife or roller.
Схема установки для реализации предложенного способа изготовления изделий из порошка посредством послойного селективного выращивания состоит из бункера 1 для подачи порошка 2, рабочей камеры 3, в которой происходит формирование изделия 4. Оплавление порошка происходит лазерным излучением 5, сканирующим поверхность зоны обработки. После каждого оплавления слоя подложка 6 рабочей камеры 3 опускается на величину несколько большую толщины слоя модели для нивелирования процесса усадки порошка в процессе сплавления или спекания. После этого подложка 7 бункера 1 поднимается. Порошок 2 переносится и выравнивается ножом или валиком 8 по поверхности зоны обработки 9 и избирательно сплавляется или спекается. Эта операция повторяется до получения готового изделия.The installation diagram for implementing the proposed method for manufacturing products from powder by layer-by-layer selective growth consists of a hopper 1 for
Для снижения дефектообразования в изделиях за счет снижения остаточных напряжений, повышения качества сплавления или спекания частиц порошка, подавления образования пор, ускорения диффузионных процессов, процессов термической обработки, для повышения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств получаемых изделий в процессе послойного селективного выращивания на изделие воздействуют ультразвуковыми колебаниями. Для этого на подложку 6 рабочей камеры 3 установлен по крайней мере один ультразвуковой излучатель 10 (магнитострикционный, пьезокерамический или иной преобразователь). Подложка 6, по форме и размерам соответствующая основанию выращиваемого изделия, является частью колебательной системы, которая включает в себя: ультразвуковой (магнитострикционный или пьезокерамический) излучатель (преобразователь), концентратор (промежуточный элемент между ультразвуковым излучателем и ножом или валиком, который устанавливается при необходимости усиления колебаний); излучатель - подложка 6. Подложка 6 является в этом случае излучающим элементом системы. Частота колебаний предпочтительно находится в пределах от 16 до 80 кГц, а амплитуда колебаний предпочтительно составляет 5-70 мкм в зависимости от материала и размеров частиц порошка, размеров изделия. Концентраторы изготавливаются из конструкционных среднеуглеродистых сталей, титановых, алюминиевых и других сплавов. Подложка 6 опирается на основание подложки 11 и перемещается вместе с ней. Для уменьшения потерь энергии ультразвуковых колебаний между подложкой 6 и основанием подложки 11 находится изолирующая прокладка 12.To reduce defect formation in products by reducing residual stresses, improving the quality of fusion or sintering of powder particles, suppressing the formation of pores, accelerating diffusion processes, heat treatment processes, to increase the physicomechanical, technological and operational properties of the resulting products in the process of layer-by-layer selective growth on the product act with ultrasonic vibrations. For this, at least one ultrasonic emitter 10 (magnetostrictive, piezoceramic or other transducer) is installed on the
При воздействии ультразвуковых колебаний одновременно на выращиваемое изделие и порошок подложка 6 по форме и размерам соответствует основанию подложки 12.When ultrasonic vibrations are simultaneously applied to the grown product and the powder, the
Все эти элементы представляют собой увязанную между собой по акустическим, механическим и конструктивным параметрам систему. Система должна работать в резонансном режиме, т.е., предпочтительно, чтобы высота излучателя, концентратора и подложки была кратной полуволне L=λ/2 при выбранной частоте. Длина волны λ=C/ƒ, где: С - скорость распространения волны, ƒ - частота колебаний. При выращивании изделия оно является частью колебательной системы. В процессе выращивания изделия происходит увеличение его высоты, и резонансный режим может нарушаться. Поэтому ультразвуковой генератор должен иметь систему подстройки резонансного режима. При подстройке резонансного режима (изменении частоты колебаний) изменяется длина волны, поэтому все части выращиваемого изделия будут периодически находиться между пучностью смещений (в этом месте наблюдаются максимальная амплитуда колебаний и минимальное напряжение) и узлом смещений (в этом месте наблюдаются максимальное напряжение и минимальная амплитуда колебаний). Это способствует получению изделия с заданными и равномерными свойствами по всему объему.All these elements represent a system coordinated with each other in terms of acoustic, mechanical and design parameters. The system should operate in a resonant mode, i.e., it is preferable that the height of the emitter, concentrator and substrate be a multiple of the half-wave L = λ / 2 at the selected frequency. Wavelength λ = C / ƒ, where: С - wave propagation speed, ƒ - vibration frequency. When a product is grown, it is part of the oscillatory system. In the process of growing the product, its height increases, and the resonance mode can be violated. Therefore, the ultrasonic generator must have a resonance mode adjustment system. When adjusting the resonance mode (changing the vibration frequency), the wavelength changes, so all parts of the grown product will periodically be located between the antinode of displacements (at this point, the maximum vibration amplitude and minimum voltage are observed) and the displacement node (in this place, the maximum voltage and minimum vibration amplitude are observed ). This contributes to the production of a product with desired and uniform properties throughout the volume.
После подготовки слоя порошка в рабочую камеру подается защитный газ (азот, аргон). Далее слой порошка подвергают сплавлению или спеканию лучом лазера в соответствии с программным обеспечением режима сплавления или спекания. При оформлении следующих слоев цикл операций повторяется до изготовления всего изделия. Ультразвуковые колебания включаются после получения у изделия определенной высоты, которая зависит от материала изделия и его размеров.After preparation of the powder layer, a protective gas (nitrogen, argon) is supplied to the working chamber. Next, the layer of powder is subjected to fusion or sintering with a laser beam in accordance with the software of the fusion or sintering mode. With the design of the next layers, the cycle of operations is repeated until the entire product is manufactured. Ultrasonic vibrations are turned on after obtaining a certain height from the product, which depends on the material of the product and its dimensions.
После этого готовое изделие подвергают охлаждению, очистке от порошка и удалению из рабочей камеры.After that, the finished product is subjected to cooling, powder cleaning and removal from the working chamber.
Пример выполненияExecution example
В качестве излучателя при установке его на подложку можно использовать колебательные системы УЗАГС-0,3/22-О, УЗАГС-0,4/22-О с частотой колебаний 22±1,65 кГц и подложкой 6 в виде дискового излучателя (фиг. 3). Мощность излучателя 300 Вт, 400 Вт. Между излучателем 10 и подложкой (дисковым излучателем) 6 установлен концентратор 13 для усиления колебаний. Для соединения между собой излучателя 10, концентратора 13 и подложки 6 используется резьбовое соединение при помощи шпильки, которое позволяет, при необходимости, произвести их разъединение и соединение. Материал подложки, концентратора - титановый сплав.As an emitter when installing it on a substrate, you can use the oscillatory systems UZAGS-0.3 / 22-O, UZAGS-0.4 / 22-O with an oscillation frequency of 22 ± 1.65 kHz and a
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108577A RU2733520C1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108577A RU2733520C1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733520C1 true RU2733520C1 (en) | 2020-10-02 |
Family
ID=72926686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020108577A RU2733520C1 (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733520C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022089933A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Substrate plate for an interchangeable container, interchangeable container and method and apparatus for unpacking a three-dimensional object produced on a substrate plate or in the interchangeable container by selective solidifying of a building material in powder form |
| RU2801360C1 (en) * | 2022-07-19 | 2023-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Московский центр лазерных технологий" | Installation for manufacturing parts by selective laser melting |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631793C1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-09-26 | Эксуан Гмбх | Layering device for 3d printer |
| CN108176857A (en) * | 2018-03-05 | 2018-06-19 | 广东工业大学 | A kind of metal 3D printing composite manufacturing method and its device |
| US20180178290A1 (en) * | 2015-06-25 | 2018-06-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Method for manufacturing three-dimensional shaped object |
| RU2665653C2 (en) * | 2012-11-27 | 2018-09-03 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for layer-by-layer manufacturing of part by selective melting or selective sintering of optimised-compactness powder layers using high energy beam |
-
2020
- 2020-02-28 RU RU2020108577A patent/RU2733520C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665653C2 (en) * | 2012-11-27 | 2018-09-03 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for layer-by-layer manufacturing of part by selective melting or selective sintering of optimised-compactness powder layers using high energy beam |
| RU2631793C1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-09-26 | Эксуан Гмбх | Layering device for 3d printer |
| US20180178290A1 (en) * | 2015-06-25 | 2018-06-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Method for manufacturing three-dimensional shaped object |
| CN108176857A (en) * | 2018-03-05 | 2018-06-19 | 广东工业大学 | A kind of metal 3D printing composite manufacturing method and its device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022089933A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Substrate plate for an interchangeable container, interchangeable container and method and apparatus for unpacking a three-dimensional object produced on a substrate plate or in the interchangeable container by selective solidifying of a building material in powder form |
| RU2801360C1 (en) * | 2022-07-19 | 2023-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Московский центр лазерных технологий" | Installation for manufacturing parts by selective laser melting |
| RU2830495C1 (en) * | 2023-07-27 | 2024-11-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Техномаш имени С.А. Афанасьева" | Method of making parts from dissimilar heat-resistant ultrafine powders by layer-by-layer laser fusion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jhabvala et al. | An innovative method to build support structures with a pulsed laser in the selective laser melting process | |
| EP3055090B1 (en) | Process for the additive manufacture of workpieces using a focused ultrasound beam | |
| US11548070B2 (en) | Additive manufacturing system with ultrasonic inspection and method of operation | |
| CN104010749B (en) | Method and apparatus for preparing three-dimensional body | |
| US20220134433A1 (en) | Additive manufacture | |
| Kurzynowski et al. | Parameters in selective laser melting for processing metallic powders | |
| US6827988B2 (en) | Process and a device for producing ceramic molds | |
| RU2665653C2 (en) | Method for layer-by-layer manufacturing of part by selective melting or selective sintering of optimised-compactness powder layers using high energy beam | |
| JP5830092B2 (en) | Method for producing metal parts by selectively dissolving powder | |
| KR20170069155A (en) | Method for treating raw-material powder, apparatus for treating raw-material powder, and method for producing object | |
| JP2005533172A (en) | Method for manufacturing a three-dimensional molded product in a laser material processing unit or an optical modeling unit | |
| RU2674588C2 (en) | Method for additive welding and melting manufacture of three-dimensional products and installation for its implementation | |
| US20200001364A1 (en) | Ultrasonically assisted powder bed additive manufacturing | |
| US20090081066A1 (en) | Method of forming an article | |
| JP2019077935A (en) | Three-dimensional molding device and method for manufacturing three-dimensional molded object | |
| US20190210281A1 (en) | Powder spreader and additive manufacturing apparatus thereof | |
| RU2733520C1 (en) | Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing | |
| CN111151744A (en) | A kind of cutting and cutting integrated additive equipment and method based on EBM and femtosecond laser | |
| RU2728375C1 (en) | Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing | |
| JP2007160403A (en) | Repair method for propagating epitaxial crystal structure | |
| RU2669953C1 (en) | Device for hybrid laser-acoustic creation of functional-gradient material | |
| US20230112233A1 (en) | Grain Boundary Engineering in Additive Manufacturing | |
| FI131305B1 (en) | Method and apparatus for additive manufacturing | |
| JP6817561B2 (en) | Manufacturing method of 3D shaped object | |
| US20240300053A1 (en) | Directed acoustic energy for melt pool excitation during 3d printing |