Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки

Изобретение относится к получению металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка. Способ включает послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия. Проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающий инструмент, перемещают в его исходное положение. Обеспечивается повышение механических свойств за счет деформационной проработки структуры и устранения пористости после лазерного спекания порошка. 3 ил.

 

Изобретение относится к аддитивным технологиям, в частности к изготовлению металлических изделий из порошков послойным лазерным синтезом (технологии Direct Metal Laser Sintering и Selective Laser Melting) и может быть использовано для производства деталей сложных форм в различных отраслях машиностроения.

Из уровня техники известен способ изготовления металлических изделий из порошков послойным лазерным синтезом, принятый в качестве прототипа, включающий послойную укладку порошка на предметном столе принтера, синтез металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия. Далее следует нанесение следующего слоя порошка, его выравнивание и селективная обработка тепловым источником. Цикл повторяется до полного построения изделия. После построения изделие извлекается из рабочей камеры и очищается от неспеченного порошка (Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении / М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш: пособие для инженеров. - М.: ГНЦ РФ ФГУП НАМИ, 2015. - 220 с. - С. 18).

К недостаткам известного способа относятся дефекты, характерные для литых изделий: неудовлетворительная прочность вследствие неоднородной структуры металла; наличие пористости в структуре металла и его охрупчивание; наличие остаточных напряжений вследствие неравномерного нагрева и охлаждения детали; низкое качество поверхности. Таким образом, технической проблемой является сниженные механические свойства металлических изделий, изготовленных из порошков послойным лазерным синтезом.

Техническим результатом изобретения является качественное повышение механических свойств за счет деформационной проработки структуры и устранения пористости после лазерного спекания порошка.

Заявляемый способ получения металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка включает послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия.

От прототипа способ отличается тем, что проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающий инструмент, перемещают в его исходное положение.

Сущность изобретения поясняется схемами на фиг. 1, 2 и 3, где изображены траектории перемещения частиц металла при обжатии специальным инструментом за два этапа. На первом этапе (см. фиг. 1 и 2) проплавленный слой 1 обжимается штампом или роликом 2, обеспечивающим локальное выдавливание металла из зоны под инструментом и выпучивание металла в зоне, окружающей инструмент. Выпучивание металла за пределами слоя 1 ограничивает направляющая матрица 3. На втором этапе выдавленный металл из окружающей зоны перемещается в начальное положение, а проплавленный и продеформированный слой 1а возвращается к исходным размерам (см. фиг. 3). При этом совершается интенсивная знакопеременная деформация в локальной области, которая приводит к формированию нанокристаллической или субмикрокристаллической структуры и повышению уровня механических свойств металла (Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др. Процессы пластического структурообразования. Минск: Наука и техника. - 1994. - 232 с.; Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: ЛОГОС, 2000. - 272 с.). Знакопеременный характер перемещения частиц металла (как на фиг.2 и 3) обеспечивает также устранение дефектов литейного происхождения без разрушения. Этому способствует мягкая схема напряженного состояния с преобладанием сжимающих напряжений. При компьютерном моделировании процесса деформации за два этапа установлено, что отношение среднего нормального напряжения к интенсивности касательных напряжений в разных точках локального очага деформации находится в пределах . Инструменты (штампы или ролики), выравнивающий и разравнивающий проплавленный слой, работают по программе, согласованной с работой теплового источника для селективной плавки порошкового слоя в соответствии с твердотельной моделью детали.

Способ получения металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка, включающий послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия, отличающийся тем, что проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающий инструмент, перемещают в его исходное положение.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковым сплавам для изготовления объемных изделий селективным спеканием. Сплав содержит 0,4-0,6 мас.% углерода, 11,0-13,2 мас.% хрома; 0,1-0,4 мас.% кремния; 0,4-0,9 мас.% марганца, 0,08-0,12 мас.% алюминия, 0,4-0,8 мас.% азота; 0,03-0,1 мас.% молибдена и остальное железо.

Изобретение относится к послойному изготовлению деталей. Способ включает этапы: (а) обеспечение материала в виде порошка, (b) нагрев первого количества порошка до температуры, превышающей температуру плавления TF порошка, и формирование на поверхности основы первой ванны, содержащей расплавленный порошок и часть основы, (с) нагрев второго количества порошка и формирование на поверхности основы второй ванны на выходе первой ванны, (d) повторение этапа (с) до получения первого слоя детали на основе, (е) нагрев n-го количества порошка и формирование n-ой ванны над частью первого слоя, (f) нагрев [n+1]-го количества порошка до температуры, превышающей температуру плавления ТF порошка, и формирование [n+1]-ой ванны, частично содержащей расплавленный порошок, на выходе n-ой ванны, (g) повторение этапа (f) до получения второго слоя детали, (h) повторение этапов (е)-(g) до получения окончательной формы детали.

Изобретение относится истираемому покрытию для газотурбинного двигателя. Газотурбинный двигатель, имеющий истираемое покрытие на внутренней поверхности статора, содержит по меньшей мере одну деталь статора, внутри или напротив которой расположена деталь ротора, выполненная с возможностью вращения, причем указанное покрытие из истираемого материала образует элемент уплотняющего соединения между деталями статора и ротора.

Изобретение относится к аддитивному изготовлению детали. Предоставляют цифровую модель подлежащей изготовлению детали, ориентируют модель относительно направления построения, изменяют модель путем добавления расходуемой уравновешивающей части, выполненной с возможностью уравновешивания остаточных напряжений, которые появляются в детали во время ее изготовления, с получением измененной модели, изготавливают заготовку слой за слоем посредством технологии аддитивного производства с использованием модели, при этом укладывают слои в стопку в направлении построения, после чего удаляют расходуемую часть с заготовки, полученную из расходуемой уравновешивающей части модели, с получением подлежащей изготовлению детали.

Изобретение относится к аддитивному изготовлению детали. Предоставляют цифровую модель подлежащей изготовлению детали, ориентируют модель относительно направления построения, изменяют модель путем добавления расходуемой уравновешивающей части, выполненной с возможностью уравновешивания остаточных напряжений, которые появляются в детали во время ее изготовления, с получением измененной модели, изготавливают заготовку слой за слоем посредством технологии аддитивного производства с использованием модели, при этом укладывают слои в стопку в направлении построения, после чего удаляют расходуемую часть с заготовки, полученную из расходуемой уравновешивающей части модели, с получением подлежащей изготовлению детали.

Изобретение относится к нанесению антифрикционных покрытий из порошковых материалов посредством их лазерного спекания на металлической поверхности. Способ формирования антифрикционного покрытия на поверхности стального изделия включает нанесение слоя порошковой композиции на поверхность стального изделия, содержащей следующие компоненты, мас.

Изобретение относится к послойному получению объемного полиметаллического изделия с градиентом свойств из порошка. Устройство содержит рабочую камеру, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, область построения изделия с поршнем, выполненным с возможностью вертикального перемещения, емкости для подачи и для сбора порошка и устройство для очистки слоя незакрепленного порошка.

Изобретение относится к способу для послойного изготовления изделия. Способ осуществляется с помощью устройства, состоящего из кругового вращающегося контейнера, расположенного в нижней его части (B).

Изобретение относится к способу для послойного изготовления изделия. Способ осуществляется с помощью устройства, состоящего из кругового вращающегося контейнера, расположенного в нижней его части (B).

Группа изобретений относится к устройству для послойного изготовления трехмерного объекта из порошка и способу извлечения изготовленного трехмерного объекта. Устройство содержит рабочее пространство и емкость для приема изготовленного трехмерного объекта.

Изобретение относится к получению металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка. Способ включает послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия. Проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающий инструмент, перемещают в его исходное положение. Обеспечивается повышение механических свойств за счет деформационной проработки структуры и устранения пористости после лазерного спекания порошка. 3 ил.

Наверх