Устройство для изготовления изделий из композиционных порошкообразных материалов
Полезная модель относится к области получения материальных объектов из порошков лазерным плавлением и может быть использована для получения композиционных изделий сложной конфигурации из различных порошкообразных материалов, например, биметаллические изделия, изделия с каналами охлаждения из другого материала и т.п. 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 4 порошкообразного материала, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел 5, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа 6, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя 7 изделия. Кроме этого, дозатор 4 порошкообразного материала выполнен в виде поворотного барабанного стола с, по меньшей мере, двумя основаниями 8, расположенными внутри него с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения. Технический результат заявленного устройства заключается в обеспечении возможности подачи порошкообразных материалов различного сортамента и фракции в заданную область плавления за счет использования вращательного движения поворотного барабанного стола.
Полезная модель относится к области получения материальных объектов из порошков лазерным плавлением и может быть использована для получения композиционных изделий сложной конфигурации из различных порошкообразных материалов, например, биметаллические изделия, изделия с каналами охлаждения из другого материала и т.п.
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, B29C 67/00, 2006 г.)
Недостатками известного способа является невозможность изготовления композиционных изделий из различных видов порошкообразных материалов.
Технический результат заявленного устройства заключается в обеспечении возможности подачи порошкообразных материалов различного сортамента и фракции в заданную область плавления за счет использования вращательного движения поворотного барабанного стола.
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 порошкообразного материала, 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, дозатор порошкообразного материала выполнен в виде поворотного барабанного стола с, по меньшей мере, двумя основаниями, расположенными внутри него с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где:
Фиг.1 - схематично изображено устройство для получения изделий из порошкообразных материалов;
Фиг.2 - вид сверху устройства 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 4 порошкообразного материала, установленные с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно станины; лазерный узел 5, расположенный над станиной, с возможностью обеспечения фокусировки лазерного луча в технологически заданную зону формирования изделия; средство подачи и уплотнения порошкообразного материала в виде ножа 6, установленное с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения и формирования функционального слоя 7 изделия. Кроме этого, дозатор 4 порошкообразного материала выполнен в виде поворотного барабанного стола, например, с четырьмя основаниями 8, расположенными внутри него с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения.
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 4 порошкообразного материала выполненный в виде поворотного барабанного стола 8, совершая вращательное движение вокруг своей оси, располагает основание 9 порошкообразного материала таким образом, что обеспечивается подача порошка в требуемое положение на технологической платформе 3. После этого основание 9 дозатора 4 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. Для нанесения другого вида порошкообразного материала процесс с барабанным столом 8 и ножом 6 повторяется. После чего 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 указанных участках порошкообразный материал после плавления затвердевает, формируя при этом функциональный слой 7 изделия заданной толщины.
Затем технологическая платформа 3 смещается относительно базовой поверхности 2 станины 1 на расстояние, равное толщине следующего функционального слоя 6 и процесс повторяется.
Заявленное устройство использовался для изготовления изделия в форме параллелепипеда размерами 5×20×10 мм из порошкообразного материала никелевого сплава марки ПГ10Н01 и порошкообразного материала железа марки ПЖ. Средний размер частиц - 160 мкм.
В противоположные основания 9 засыпался порошкообразный материал никеля, а в центральную секцию - железа. Порошкообразные материалы наносились на технологическую платформу 1 таким образом, чтобы граница между насыпанными порошкообразными материалами представляла собой прямую линию и делила зону плавления пополам. Каждый слой облучался вертикально направленным относительно технологической платформы 1 параллельным лучом непрерывного твердотельного Nd:YAG лазера 5 (в качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат, длина волны излучения 1,06 мкм). Скорость перемещения луча 5 мм/с, диаметр луча 5 мм, мощность излучения 100 Вт.
В результате плавления было сформировано изделие в виде биметаллической полосы.
Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет изготавливать композиционные изделия сложной конфигурации из различных материалов различного сортамента и фракции в заданную область плавления за счет использования дозатора порошкообразного материала выполненного в виде поворотного барабанного стола с, по меньшей мере, двумя основаниями, расположенными внутри него с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения.
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 композиционных порошкообразных материалов лазерным плавлением и может быть использован для получения композиционных изделий сложной конфигурации из различных видов порошкообразных материалов, в частности, биметаллической полосы в форме параллелепипеда 5×20×10 мм;
- 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 порошкообразного материала, 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, что дозатор порошкообразного материала выполнен в виде поворотного барабанного стола с по меньшей мере двумя основаниями, расположенными внутри него с возможностью независимого вертикального возвратно-поступательного перемещения.
