Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов
Полезная модель относится к способу получения изделий из порошкообразных материалов и может быть использовано для получения материальных объектов сложной пространственной конфигурации из порошкообразных материалов, изготавливаемых методом селективного лазерного плавления. Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов содержит станину 1 с базовой поверхностью 2, программно организованные технологическую платформу 3 для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания 4, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины 1, а также лазерный узел 5, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия. Кроме этого, устройство содержит средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа 6, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя 7 изделия, и средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненное в виде цилиндрической фрезы 8, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности 2 станины 1. Технический результат заявленного устройства заключается в обеспечении однородности изготавливаемого изделия в его поперечном сечении за счет обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев.
Полезная модель относится к способу получения изделий из порошкообразных материалов и может быть использовано для получения материальных объектов сложной пространственной конфигурации из порошкообразных материалов, изготавливаемых методом селективного лазерного плавления.
Из уровня техники известен способ изготовления изделий из порошковых материалов, заключающийся в прессовании порошкового материала в пресс-формах (Кипарисов С.С. и Либенсон Г.А. «Порошковая металлургия», Москва: Металлургия, 1991 г., стр.289).
Недостатком известного способа является тот факт, что для каждого типоразмера изделия необходимо изготавливать индивидуальную пресс-форму сложной конструкции из дорогостоящих инструментальных сталей и твердых сплавов, что повышает стоимость изделий. Конструктивные особенности пресс-формы не позволяют получать изделия сложной конфигурации, имеющие внутренние полости переменного сечения, закрытые полости и т.п. Все это вместе ограничивает технологические возможности известного способа.
Известно также устройство и способ послойного получения трехмерного объекта из порошкообразного материала содержащее: станину с базовой поверхностью; программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленный с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия (Патент РФ 
2370367 В29С 67/00 2006 г.)
Недостатками известного способа является возможность образования выступов на поверхности функционального слоя в результате плавления порошкообразного материала, вследствие чего возможно несоблюдение физико-механических свойств изготавливаемого изделия, а так же понижение производительности из-за заклинивания средства подачи и уплотнения порошкообразного материала.
Технический результат заявленного устройства заключается в обеспечении однородности изготавливаемого изделия в его поперечном сечении за счет обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев.
Поставленный технический результат достигается посредством того что устройство для получения изделий из порошкообразных материалов, содержащее: станину с базовой поверхностью; программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия, согласно полезной модели, дополнительно снабжено средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненное в виде цилиндрической фрезы, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности станины.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где:
Фиг.1 - схематично изображено устройство для получения изделий из порошкообразных материалов.
Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов содержит станину 1 с базовой поверхностью 2, программно организованные технологическую платформу 3 для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания 4, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины 1, а также лазерный узел 5, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия. Кроме этого, устройство содержит средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа 6, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя 7 изделия, и средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненное в виде цилиндрической фрезы 8, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности 2 станины 1.
Устройство для изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов работает следующим образом.
На рабочую поверхность технологической платформы 3 сканируется соответствующее поперечное сечение предварительно созданной по заданной программе трехмерной компьютерной модели изделия (3D-модель, сформированная из множества поперечных сечений), по контурам которого будет формироваться соответствующий функциональный слой 7 изделия. Затем технологическая платформа 3 смещается вниз относительно базовой поверхности 2 станины 1 на расстояние, соответствующее толщине функционального слоя 7 изделия. Далее дозатор порошка в виде основания 4 с порошкообразным материалом совершает поступательное перемещение вверх на определенную величину, осуществляя при этом подачу порошкообразного материала для дальнейшего его перераспределения. После нож 6 совершает горизонтальное поступательное движение относительно технологической платформы 3 захватывая и подавая при этом порошкообразный материал с основания 4 на технологическую платформу 3. При этом, нож 6 осуществляет прессование порошкообразного материала (с небольшим усилием для увеличения однородности слоя порошкообразного материала и уменьшения его пористости). Далее, нож 6 возвращается в свое первоначальное положение и лазер 5 с заданной скоростью и мощностью в соответствии со сформированной по 3D-модели траекторией перемещения своим лучом осуществляет плавление на заданных участках порошкообразного материала. На заданных участках порошкообразный материал после плавления затвердевает. После этого цилиндрическая фреза 8 совершает рабочее горизонтальное возвратно-поступательное движение вдоль базовой поверхности 2 станины 1 для срезания образовавшихся выступов порошкообразного материала 7 на технологической платформе 3. Таким образом, формируется функциональный слой 7 заданной толщины.
Затем технологическая платформа 3 смещается относительно базовой поверхности 2 станины 1 на расстояние, равное толщине следующего функционального слоя 7 и процесс повторяется.
Заявленное устройство использовалось при изготовлении изделия в форме параллелепипеда размерами 15×20×10 мм из медного порошкообразного материала марки ПМС-1. Средний размер гранул медного порошкообразного материала - около 100 мкм. Толщина наносимых функциональных слоев составляла около 200 мкм. Частота вращения фрезы не менее 300 об/мин. Каждый слой облучался вертикально направленным относительно рабочей поверхности 2 технологической платформы 3 параллельным лучом непрерывного твердотельного Nd: YAG лазера 11 (в качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат, длина волны 1,06 мкм). Скорость перемещения луча 5 мм/с, диаметр луча 5 мм, мощность излучения 100 Вт. После облучения лазером каждый слой обрабатывался цилиндрической фрезой, что обеспечивало плоскостность поверхности.
Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет обеспечить однородность изготавливаемого изделия в его поперечном сечении за счет исключения образования нетехнических выступов, кроме того повысить производительность селективного лазерного плавления за счет исключения заклинивания ножа вследствие образования нетехнических выступов превышающих функциональный слой изделия.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для получения изделий из порошкообразных материалов и может быть использован для получения материальных объектов сложной пространственной конфигурации из порошкообразных материалов, изготавливаемых методом селективного лазерного плавления, в частности, монолитное изделие размерами 15×20×10 мм из медного порошкообразного материала;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Устройство для получения изделий из порошкообразных материалов, содержащее станину с базовой поверхностью, программно организованные технологическую платформу для послойного формирования изделия и дозатор порошка в виде основания, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины, лазерный узел, расположенный над станиной с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия, средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя изделия, отличающееся тем, оно дополнительно снабжено средством обеспечения плоскостности каждого из функциональных слоев, выполненным в виде цилиндрической фрезы, установленной с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения вдоль базовой поверхности станины.
