[go: up one dir, main page]

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 PDF

Info

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
Application number
RU2020108577A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Мышечкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority to RU2020108577A priority Critical patent/RU2733520C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733520C1 publication Critical patent/RU2733520C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus 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
    • B22F12/30Platforms or substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/38Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process 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

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to production of an item by layer selective growing from powder. Proposed device comprises hopper with powder, working chamber with substrate for growing the product and laser to selectively scan powder layer. Substrate is provided with an oscillating system configured to operate in resonance mode, which includes an ultrasonic emitter mounted by means of a concentrator for amplification of oscillations on the substrate. Height of ultrasonic radiator, concentrator and substrate is multiple of half-wave at preset frequency of ultrasonic vibrations. Method of product manufacturing by layer-by-layer selective growing out of powder includes action on grown on article substrate ultrasonic oscillations by means of oscillating system with frequency of ultrasonic vibrations of 16–80 kHz and amplitude of 5–70 mcm.
EFFECT: reduction of defect formation in articles due to reduction of residual stresses and improvement of quality of fusion or sintering of powder particles, acceleration of diffusion processes in article and higher physical and mechanical, technological and operational properties of produced articles.
2 cl, 3 dwg, 1 ex

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 / Edition 2. - M .: Mechanical Engineering, 1974 .-- 280 p., P. 259-261].

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 feeding powder 2, a working chamber 3, in which the product is formed 4. The powder is melted by laser radiation 5, scanning the surface of the treatment zone. After each melting of the layer, the substrate 6 of the working chamber 3 is lowered by an amount slightly greater than the thickness of the model layer to level the process of shrinkage of the powder during fusion or sintering. After that, the substrate 7 of the hopper 1 rises. The powder 2 is transferred and leveled with a knife or roller 8 over the surface of the processing zone 9 and is selectively fused or sintered. This operation is repeated until the finished product is received.

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 substrate 6 of the working chamber 3. Substrate 6, in shape and size corresponding to the base of the grown product, is part of an oscillatory system, which includes: an ultrasonic (magnetostrictive or piezoceramic) emitter (transducer), a concentrator (an intermediate element between the ultrasonic emitter and a knife or roller, which is installed if necessary fluctuations); emitter - substrate 6. Substrate 6 is in this case the emitting element of the system. The vibration frequency is preferably in the range from 16 to 80 kHz, and the vibration amplitude is preferably 5 to 70 µm, depending on the material and particle size of the powder, the size of the product. Concentrators are made of structural medium-carbon steels, titanium, aluminum and other alloys. The substrate 6 rests on the base of the substrate 11 and moves with it. To reduce the energy loss of ultrasonic vibrations, an insulating pad 12 is located between the substrate 6 and the base of the substrate 11.

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 substrate 6 in shape and size corresponds to the base of the substrate 12.

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 substrate 6 in the form of a disk emitter (Fig. 3). Emitter power 300 W, 400 W. A concentrator 13 is installed between the emitter 10 and the substrate (disk emitter) 6 to amplify the oscillations. To connect the emitter 10, the concentrator 13 and the substrate 6 to each other, a threaded connection is used with a stud, which allows, if necessary, to disconnect and connect them. Substrate material, concentrator - titanium alloy.

Claims (2)

1. Устройство для изготовления изделия послойным селективным выращиванием из порошка, содержащее бункер с порошком, рабочую камеру с подложкой для выращивания изделия и лазер, выполненный с возможностью селективного сканирования слоя порошка, отличающееся тем, что подложка снабжена выполненной с возможностью работы в резонансном режиме колебательной системой, включающей ультразвуковой излучатель, установленный посредством концентратора для усиления колебаний на подложку, при этом высота ультразвукового излучателя, концентратора и подложки кратна полуволне при заданной частоте ультразвуковых колебаний.1. A device for manufacturing an article by layer-by-layer selective growing from powder, containing a hopper with powder, a working chamber with a substrate for growing the article and a laser made with the possibility of selective scanning of the powder layer, characterized in that the substrate is equipped with an oscillating system capable of operating in a resonant mode comprising an ultrasonic emitter installed by means of a concentrator to amplify vibrations on the substrate, the height of the ultrasonic emitter, the concentrator and the substrate being a multiple of a half-wave at a given frequency of ultrasonic vibrations. 2. Способ изготовления изделия послойным селективным выращиванием из порошка в устройстве для изготовления изделия послойным селективным выращиванием по п. 1, включающий последовательное нанесение слоев порошка и селективное сканирование лазером, при этом на выращиваемое на подложке изделие воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством колебательной системы с частотой ультразвуковых колебаний 16-80 кГц и амплитудой 5-70 мкм.2. A method of manufacturing an article by layer-by-layer selective growing from powder in a device for manufacturing an article by layer-by-layer selective growing according to claim 1, including sequential deposition of powder layers and selective scanning with a laser, while the article grown on the substrate is affected by ultrasonic vibrations by means of an oscillatory system with a frequency of ultrasonic vibrations 16-80 kHz and an amplitude of 5-70 microns.
RU2020108577A 2020-02-28 2020-02-28 Method and device for making articles from powders by layer-by-layer selective growing RU2733520C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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