Устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов

 

Сущностью изобретения является устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов, в котором подложку 1 приводят во вращение. Одновременно с помощью средства 2 послойной подачи порошкового материала, выполненного в виде бункера с выходным донным отверстием, установленного над подложкой, наносят на подложку слой материала, который подвергают избирательному спеканию под действием потока энергии с помощью источника 3 концентрированного потока энергии, например лазера. Слой 4 подаваемого на подложку материала формируется в виде кольца, ширина которого зависит от размеров входного отверстия средства 2. Избирательное спекание осуществляется за счет запрограммированного перемещения потока энергии, что обеспечивает получение изделий заданной конфигурации. По мере подачи и спекания материала подложка перемещается вниз. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано для получения трехмерных сложнофасонных изделий из порошковых материалов.

Известно устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов, включающее средство прессования, снабженное пресс-формой, и средство спекания.

Недостатком такого устройства является необходимость применения пресс-форм, что снижает производительность процесса получения изделий и повышает их стоимость, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства. Кроме того, пресс-формы по техническим причинам далеко не всегда позволяют получать изделия сложной конфигурации, имеющие внутренние полости, переменные сечения, сложный рельеф поверхности и т.п.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов, включающее горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на подложку и источник концентрированного потока энергии, снабженный средством сканирования.

Указанное устройство обеспечивает получение трехмерных изделий сложной конфигурации путем послойного избирательного спекания порошкового материала, наносимого на подложку, под действием потока энергии, например лазерного луча. При этом исключается применение пресс-форм. Однако такое устройство отличается недостаточно высокой производительностью, что связано с необходимостью поочередного выполнения в отдельности операций послойной подачи на подложку материала и его спекания.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности за счет обеспечения непрерывности во времени процессов нанесения и спекания.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов, включающем горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на подложу и источник концентрированного потока энергии, снабженный средством сканирования, подложка выполнена с возможностью вращения.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство включает горизонтальную подложку 1, установленную с возможностью вертикального перемещения и вращения в горизонтальной плоскости. При этом подложка может быть выполнена в виде диска с осью вращения, проходящей через его центр. Средство 2 послойной подачи материала на подложку, выполненное, например, в виде бункера с выходным донным отверстием, установлено над подложкой 1. Источник 3 концентрированного потока энергии, например лазер, снабжен средством сканирования (не показано).

Устройство работает следующим образом. Подложку 1 приводят во вращение. Одновременно с помощью средства 2 наносят на нее слой материала, который подвергают избирательному спеканию под действием потока энергии с помощью источника 3 и средства сканирования. Слой 4 подаваемого на подложку материала формируется в виде кольца, ширина которого зависит от размеров выходного отверстия средства 2. При необходимости материалом может быть покрыта почти вся подложка. Избирательное спекание материала, осуществляемое за счет программированного перемещения потока энергии, обеспечивает получение изделия заданной конфигурации. Нанесение материала на подложку происходит непрерывно в течение всего технологического цикла изготовления изделия. Непрерывно идет и процесс спекания. При этом по мере подачи и спекания материала, т.е. по мере увеличения высоты получаемого изделия 5, подложку 1 перемещают вниз.

Пример конкретного осуществления.

Изготавливают изделие в форме цилиндрической гофрированной трубы с продольным направлением гофр (высота 8 мм, внешний диаметр 30 мм, внутренний диаметр 22 мм, угол между смежными вершинами гофр 60^о) из металлического порошка марки ПГ-12Н-01 с помощью предложенного устройства. Устройство включает горизонтальную подложку, выполненную в виде диска диаметром 60 мм с возможностью вертикального перемещения (с помощью пары винт-гайка и системы направляющих движения) и центрального вращения в горизонтальной плоскости (с помощью системы фрикционной передачи). Над подложкой размещен бункер емкостью 20 см³ с сужающейся нижней частью, заканчивающейся выходным щелевым отверстием длиной 16 мм и шириной 0,1 мм (щель расположена вдоль радиуса диска на расстоянии 18 мм от его центра). Источник концентрированного потока энергии - лазер ЛТН-103, луч которого через оптическую систему, состоящую из набора линз и зеркал, направлен на подложку. Подложка, бункер и прочие сопряженные с ними элементы конструкции выполнены из нержавеющей стали.

Устанавливают бункер на расстоянии 0,2 мм от подолжки и заполняют его порошком. Включают лазер и формируют на поверхности подложки пятно его луча диаметром 4 мм и мощностью 25 Вт так, чтобы центр пятна находился на расстоянии 26 мм от центра диска. Вращают подложку и перемещают луч лазера по радиусу на 2 мм в одну и другую стороны. При этом на ее поверхность наносится слой выходящего из бункера порошка высотой 0,2 мм и шириной 10 мм, средняя часть которого (шириной 4 мм) спекается под действием лазерного луча по извилистой траектории. После получения первого слоя опускают подложку на высоту, равную толщине полученного слоя, т.е. 0,2 мм. Далее процесс формирования слоев повторяется. Скорость вращения подложки 0,9 об/мин, что соответствует скорости перемещения луча лазера по окружности диска радиусом 26 мм, равной 2 мм/с. Скорость радиального перемещения луча 0,5 мм/с. Время формирования каждого слоя (время полного оборота подложки) 1,2 мин. Общее число слоев, необходимое для получения изделия заданной высоты, равно 40.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает совмещение во времени операций подачи и спекания материала в процессе изготовления изделия.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на подложку и источник концентрированного потока энергии со средством сканирования, отличающееся тем, что оно снабжено средством вращения подложки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство вращения подложки выполнено в виде фрикционной передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1