RU2831287C1 - Method of producing mold for pressing rod models by selective laser fusion of metal powder of stainless steel - Google Patents
Method of producing mold for pressing rod models by selective laser fusion of metal powder of stainless steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2831287C1 RU2831287C1 RU2023134519A RU2023134519A RU2831287C1 RU 2831287 C1 RU2831287 C1 RU 2831287C1 RU 2023134519 A RU2023134519 A RU 2023134519A RU 2023134519 A RU2023134519 A RU 2023134519A RU 2831287 C1 RU2831287 C1 RU 2831287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal powder
- slf
- stainless steel
- selective laser
- mold
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям, а именно к изготовлению пресс-формы для запрессовки стержневых моделей методом селективного лазерного сплавления (СЛС) отечественного металлического порошка нержавеющей стали 12Х18Н10Т, и может использоваться для производства литейной оснастки.The invention relates to additive technologies, namely to the production of a press mold for pressing rod models using the method of selective laser melting (SLM) of domestic metal powder of 12X18N10T stainless steel, and can be used for the production of foundry equipment.
Известен способ изготовления деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля (патент РФ №2623537, МПК B23K 26/342, B23K 26/60, B22F 3/105, С23С 4/12, С23С 4/18, B33Y 10/00, опубл. 27.06.2017). В качестве металлического порошка в данном способе используется порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля с содержанием кислорода менее 0,01 мас. % марки ЭП648. Осуществляют нанесение слоя порошка на подложку, формирование первого слоя детали посредством селективного сплавления порошка лазерным лучом, повторное выполнение вышеуказанных операций для формирования последующих слоев детали. Недостатком данного способа является образование дефектов в изделии (пористость, расслоение и внутренние напряжения, комкование (расплавленные частицы металлического порошка затвердевают в сферы вместо слоев), микроструктурная неоднородность) после сплавления или спекания вследствие неравномерного распределения и недостаточной плотности порошка в нанесенном слое вследствие неодинаковой формы и размеров частиц порошка.A known method for manufacturing parts by layer-by-layer laser fusion of metal powders of heat-resistant nickel-based alloys is used (RU Patent No. 2623537, IPC B23K 26/342, B23K 26/60, B22F 3/105, C23C 4/12, C23C 4/18, B33Y 10/00, published on 27.06.2017). The metal powder used in this method is a powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy with an oxygen content of less than 0.01 wt. % of the EP648 brand. A layer of powder is applied to a substrate, the first layer of the part is formed by selective fusion of the powder with a laser beam, and the above operations are repeated to form subsequent layers of the part. The disadvantage of this method is the formation of defects in the product (porosity, delamination and internal stresses, clumping (molten particles of metal powder harden into spheres instead of layers), microstructural heterogeneity) after fusion or sintering due to uneven distribution and insufficient density of the powder in the applied layer due to the uneven shape and size of the powder particles.
Известен способ изготовления пресс-форм, в основе которого механическая обработка рабочих поверхностей (патент РФ №2674685, МПК B23K 26/144, B23K 26/70, B33Y 30/00, опубл. 13.12.2018). Благодаря высокоточной механической обработке получают детали с максимально приближенными к заданным параметрам.A method for manufacturing press molds is known, which is based on mechanical processing of working surfaces (RU Patent No. 2674685, IPC B23K 26/144, B23K 26/70, B33Y 30/00, published on 13.12.2018). Thanks to high-precision mechanical processing, parts are obtained with parameters as close as possible to the specified ones.
Недостатком данного способа при изготовлении пресс-форм является высокая трудоемкость, длительность и невысокий коэффициент использования материала (КИМ).The disadvantage of this method in the manufacture of molds is high labor intensity, duration and low material utilization rate (MUR).
Наиболее близким аналогом является способ получения пресс-форм с помощью плазменного или электродугового напыления металла на мастер-модель (RU 2269611 С2, МПК (2006.01) C25D). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость изготовления мастер-модели и последующей чистовой обработки рабочих поверхностей, и данные поверхности не могут быть использованы для изготовления деталей сложной формы, с внутренними полостями, ребрами, обусловленная конфигурацией изделия.The closest analogue is the method of producing press forms using plasma or electric arc spraying of metal onto a master model (RU 2269611 C2, IPC (2006.01) C25D). The disadvantage of this method is the high labor intensity of producing a master model and subsequent finishing of the working surfaces, and these surfaces cannot be used to produce parts of complex shape, with internal cavities, ribs, due to the configuration of the product.
Технический результат заключается в увеличении механических характеристик заготовок пресс-форм для запрессовки керамических стержней за счет применения оптимальных технологических параметров лазерного синтеза металлического порошка нержавеющей стали 12Х18Н10Т с последующей механической и финишной обработкой, позволяющей сократить сроки и стоимость изготовления литейной оснастки. Изготовление пресс-формы осуществляют технологией селективного лазерного сплавления металлического порошка нержавеющей стали 12Х18Н10Т при мощности лазерного излучения от 147 до 207 Вт, скорости сканирования от 450 до 1000 мм/с, шаге сканирования от 0,08 до 0,14 мм и толщине слоя от 50 до 60 мкм, причем перед изготовлением пресс-формы производят предкоррекцию геометрии на основе метода конечных элементов цифровой модели технологического процесса селективного лазерного сплавления, который включает оптимизацию режимных параметров по критериям достижения требуемых механических свойств, калибровку свойств металлического порошка на тестовых образцах для последующего расчета возникновения поводок от действия остаточных напряжений при сплавлении в системе Simufact Additive, уточняющую калибровку системы на конструктивно подобном детали образце, имитирующем условия выращивания по технологическому процессу натурной заготовки детали, автоматизированный расчет 3D-функции погрешностей конечно-элементного анализа при выполнении операций коррекции файла заготовки детали в формате *stl в системе Simufact Additive путем сравнения результатов измерения выращенного образца и номинальной модели, автоматизированную корректировку файла в формате *stl натурной детали по результатам расчета в «калиброванной» ранее системе с последующим устранением погрешности конечно-элементного анализа дополнительным смещением узлов геометрической модели детали на основе рассчитанной ранее 3D-функций погрешности.The technical result consists in increasing the mechanical characteristics of the blanks of press molds for pressing ceramic rods due to the use of optimal technological parameters of laser synthesis of metal powder of 12X18N10T stainless steel with subsequent mechanical and finishing processing, which allows reducing the time and cost of manufacturing casting equipment. The mold is manufactured using selective laser melting technology of 12X18N10T stainless steel metal powder at a laser radiation power of 147 to 207 W, a scanning speed of 450 to 1000 mm/s, a scanning step of 0.08 to 0.14 mm, and a layer thickness of 50 to 60 μm. Before manufacturing the mold, the geometry is pre-corrected based on the finite element method of the digital model of the selective laser melting process, which includes optimization of the process parameters according to the criteria for achieving the required mechanical properties, calibration of the properties of the metal powder on test samples for subsequent calculation of the occurrence of bias from the action of residual stresses during melting in the Simufact Additive system, a clarifying calibration of the system on a sample structurally similar to the part, simulating the conditions of growing a full-scale workpiece according to the process, automated calculation of the 3D function of the errors of the finite element analysis when performing the operations of correcting the workpiece file in *stl format in the Simufact Additive system by comparing the measurement results of the grown sample and the nominal model, automated correction of the file in *stl format of the full-scale part based on the calculation results in the previously “calibrated” system, followed by the elimination of the error of the finite element analysis by additional displacement of the nodes of the geometric model of the part based on the previously calculated 3D error functions.
Рациональные свойства металлического порошка нержавеющей стали 12Х18Н10Т и режимные параметры технологического процесса селективного лазерного сплавления, подобранные согласно критериям достижения требуемых механических свойств обеспечивает высокую плотность материала. Металлический порошок фракции (-50) мкм, состоящий не менее чем на 70,0% из частиц размерами от 22 до 50 мкм, округлой формы, не имеет острых кромок и сателлитов, одинаков по цвету и качеству, сухой и свободный от агломератированных масс.Rational properties of the metal powder of stainless steel 12X18N10T and the operating parameters of the technological process of selective laser melting, selected according to the criteria for achieving the required mechanical properties, ensure high density of the material. Metal powder of fraction (-50) μm, consisting of at least 70.0% of particles with sizes from 22 to 50 μm, rounded in shape, has no sharp edges and satellites, is uniform in color and quality, dry and free from agglomerated masses.
Указанные технологические режимы позволяют полностью сплавлять металлический порошок нержавеющей стали 12Х18Н10Т, создавая зону перекрытия между векторами сканирования на уровне 30…45%, что положительно сказывается на механических свойствах материала и его плотности.The specified technological modes allow for the complete fusion of the metal powder of 12X18N10T stainless steel, creating an overlap zone between the scanning vectors at a level of 30...45%, which has a positive effect on the mechanical properties of the material and its density.
Низкий уровень остаточных напряжений достигается за счет прогнозирования деформации заготовки и искажений заготовки пресс-формы. Величина унаследованных деформаций для изготовления заготовки пресс-формы составила: εх=0,02, εy=0,008, εz=0,09.Low level of residual stresses is achieved by predicting the deformation of the workpiece and distortions of the mold workpiece. The value of inherited deformations for the manufacture of the mold workpiece was: εх=0.02, εy=0.008, εz=0.09.
Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа - аргон при следующих режимах:The process of manufacturing parts using selective laser melting technology took place inside a sealed chamber in a protective gas environment - argon under the following conditions:
I образец: мощность лазерного сплавления - 147 Вт, скорость сканирования - 900 мм/с, шаг сканирования - 0,08 мм и толщина слоя - 50 мкм.Sample I: laser melting power - 147 W, scanning speed - 900 mm/s, scanning step - 0.08 mm and layer thickness - 50 µm.
II образец: мощность лазерного сплавления - 173 Вт, скорость сканирования - 570 мм/с, шаг сканирования - 0,1 мм и толщина слоя - 50 мкм.Sample II: laser fusion power - 173 W, scanning speed - 570 mm/s, scanning step - 0.1 mm and layer thickness - 50 µm.
III образец: мощность лазерного сплавления - 207 Вт, скорость сканирования - 800 мм/с, шаг сканирования - 0,09 мм и толщина слоя - 50 мкм.Sample III: laser fusion power - 207 W, scanning speed - 800 mm/s, scanning step - 0.09 mm and layer thickness - 50 µm.
На фигуре 1 представлены образцы, изготовленные по указанным выше технологическим параметрам СЛС в общем количестве 27 шт. (по 9 образцов на каждый технологический режим).Figure 1 shows samples manufactured according to the above-mentioned technological parameters of the SLS in a total quantity of 27 pieces (9 samples for each technological mode).
Также осуществлялся предварительный нагрев платформы построения до температуры 100°С. Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.Preliminary heating of the construction platform to a temperature of 100°C was also carried out. The results of testing the mechanical properties of samples manufactured by the proposed method are presented in Table 1.
Рациональные режимы процесса СЛС, а именно: мощность лазерного сплавления - 218 Вт, скорость сканирования - 540 мм/с, шаг сканирования - 0,12 мм и толщина слоя - 0,06 мм. Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать функциональные заготовки пресс-форм для запрессовки керамических стержней с достаточным уровнем механических свойств, а также уменьшить уровень остаточных напряжений, и как следствие, обеспечить высокую точность геометрических размеров.Rational modes of the SLS process, namely: laser fusion power - 218 W, scanning speed - 540 mm/s, scanning step - 0.12 mm and layer thickness - 0.06 mm. Thus, the proposed method allows to manufacture functional blanks of press molds for pressing ceramic rods with a sufficient level of mechanical properties, as well as to reduce the level of residual stresses, and as a result, to ensure high accuracy of geometric dimensions.
На фигуре 2 представлена пресс-форма для запрессовки керамических стержней, изготовленная по технологии СЛС на оптимальных технологических режимах синтеза металлического порошка нержавеющей стали 12Х18Н10Т.Figure 2 shows a press mold for pressing ceramic rods, manufactured using SLS technology under optimal technological conditions for the synthesis of metal powder of 12X18N10T stainless steel.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2831287C1 true RU2831287C1 (en) | 2024-12-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269611C1 (en) * | 2004-05-25 | 2006-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | Method of manufacture of molds |
| WO2015170330A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Stratasys Ltd. | Method and apparatus for 3d printing by selective sintering |
| RU2623537C2 (en) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
| RU2674685C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method for producing parts from heat-resistant nickel alloys, including technology of selective laser alloys and heat treatment |
| RU2767968C1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269611C1 (en) * | 2004-05-25 | 2006-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | Method of manufacture of molds |
| WO2015170330A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Stratasys Ltd. | Method and apparatus for 3d printing by selective sintering |
| RU2623537C2 (en) * | 2015-11-13 | 2017-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
| RU2674685C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-12-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method for producing parts from heat-resistant nickel alloys, including technology of selective laser alloys and heat treatment |
| RU2767968C1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Singh | Three dimensional printing for casting applications: A state of art review and future perspectives | |
| Yang et al. | Densification, surface morphology, microstructure and mechanical properties of 316L fabricated by hybrid manufacturing | |
| CN108115137A (en) | A kind of double high energy beam metal increasing material manufacturing methods | |
| US10357819B2 (en) | Investment casting of hollow components | |
| JP7454062B2 (en) | Preformed pore defects, manufacturing method for built-in pore defects, and preformed body | |
| Gonnabattula et al. | Process parameter optimization for laser directed energy deposition (LDED) of Ti6Al4V using single-track experiments with small laser spot size | |
| CN108399280B (en) | A Finite Element Simulation Method for Predicting Deformation of Laser Selective Melting Parts | |
| CN109550954A (en) | A kind of selective laser fusing manufacturing process of hot die steel | |
| Hongjun et al. | A note on rapid manufacturing process of metallic parts based on SLS plastic prototype | |
| RU2831287C1 (en) | Method of producing mold for pressing rod models by selective laser fusion of metal powder of stainless steel | |
| JP2025530630A (en) | Tantalum-tungsten alloy products and preparation methods therefor | |
| CN101618414B (en) | Deposition manufacturing method of tools and moulds | |
| Froes et al. | Additive Manufacturing for Aerospace Applications, Part I | |
| RU2811330C1 (en) | Method for producing blanks of parts and assembly units of industrial engines using selective laser melting of metal powder | |
| RU2845378C2 (en) | Ssgtu combustion chamber manufacturing method by selective laser fusion technology | |
| US20240058862A1 (en) | Build materials having a powder mixture comprising graphene, methods of producing articles therefrom, and articles produced therewith | |
| AU2021102055A4 (en) | Metal Additive Manufacturing Method Based on Double High-energy Beams Technique | |
| EA048745B1 (en) | METHOD OF PRODUCING BLANKS OF PARTS AND ASSEMBLY UNITS OF INDUSTRIAL ENGINES BY THE METHOD OF SELECTIVE LASER MELTING OF METAL POWDER | |
| RU2825235C1 (en) | Method of making part of torque link type by selective laser fusion of metal powder of titanium alloy | |
| CN117773142A (en) | High-temperature alloy and laser selective melting forming method thereof | |
| RU2824784C2 (en) | Method for producing parts from heat-resistant alloy “хн50вмтюб” using selective laser melting technology | |
| Idris et al. | Evaluation of ABS patterns produced from FDM for investment casting process | |
| Singh | An overview of three dimensional printing for casting applications | |
| CN118951049B (en) | Optimization method for molding defect control process before assembly of electronic information equipment module | |
| RU2790493C1 (en) | Method for manufacturing blanks by layer-by-layer laser fusion of metal powders of titanium-based alloys |