Устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза

Полезная модель относится к области машиностроения именно к области, порошковой металлургии, в частности, к технологии лазерного послойного синтеза сложных деталей из металлического мелкодисперсного порошка и может найти применение в разных отраслях машино-авиастроения.

Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для изготовления деталей методом послойного синтеза, имеющего упрощенную конструкцию, за счет сокращения числа приводов, механизмов хранения, дозирования, транспортировки порошка и выравнивание его слоя. Что позволило бы снизить себестоимость изготавливаемых изделий.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза содержит бункер для хранения порошка, выполненный с каналом, образуемым стенками бункера. Стенки бункера снабжены в нижней части вертикальными ножами, образующими выходное отверстие. При этом бункер жестко соединен с вертикальным штоком высокоточного линейного сервопривода, размешенном в вертикальных направляющих, а вертикальные направляющие соединены со штоком горизонтального сервопривода.

Таким образом, использование полезной модели позволяет упростить конструкцию устройства для изготовления деталей, и тем самым снизить себестоимость как устройства, так и деталей изготавливаемых на нем.

Формула полезной модели из 1 пункта, чертежи - 3 фигуры.

Область техники

Полезная модель относится к области машиностроения, именно к области порошковой металлургии, в частности, к технологии лазерного послойного синтеза сложных деталей из металлического мелкодисперсного порошка и может найти применение в разных отраслях машино-авиастроения.

Уровень техники

Известны несколько моделей машин для лазерного синтеза, обладающее различными устройствами для хранения и дозирования порошкового материала. Машина "Concept М2 (Германия) (источник информации http://www.mcp.by/equipment?id=49, 2009 год) - оборудованная рабочим столом, перемещаемым линейным сервоприводом и подстольным вертикальным цилиндром, предназначенным для хранения порошка одной марки, причем величина вертикального хода поршня вверх обеспечивает необходимую порцию порошка, подлежащую горизонтальному транспортированию механическим ножом (лезвием), приводимым в движение электроприводом в рабочую зону для выравнивания и для спекания одного слоя.

Машины Pnenix, например машина Pnenix -250 (по источнику wwwl.pomori.ru, 2009 год), состоящая, из лазерно-оптической системы, рабочей камеры. Рабочая камера выполнена с вертикально подвижным рабочим столом, приводимым в движение приводом, обеспечивающим высокоточное движение, и подстольным вертикальным цилиндром, предназначенным для хранения порошка одной марки, причем величина вертикального хода поршня вверх обеспечивает необходимую порцию порошка - механизм дозированной подачи. Кроме того, машина снабжена механизмом выравнивания порции порошка выполненным в виде цилиндра и электропривода, приводящего в движение механизм выравнивания. Так же рабочая камера снабжена системами вакуумирования, очистки и защиты газовой среды, системами контроля температуры спекаемого слоя, охлаждения детали, системой управления и программным обеспечением.

Наиболее близкой по техническому решению является машина "Trumpf" (источник - всемирная сеть Интернет http://www.ru.trumpf.com, 2009 год) оборудованная бункером для хранения порошка, расположенным над рабочим столом, и шиберным механизмом, выполненным в виде шибера и ползуна, приводимых в движение отдельными приводами, для дозирования и перемещения порции порошка. Причем выравнивание слоя порошка в зоне рабочего стола производится другим устройством со специальным ножом и приводом необходимым для его горизонтального перемещения.

Недостатком всех упомянутых устройств изготовления деталей методом послойного синтеза являются сложность конструкции для хранения порошка и его дозированной выдаче, осуществляемой при помощи механизма шиберного устройства приводимого в движение несколькими приводами.

Так же сложны, многодетальны механизмы транспортировки и выравнивания порции порошка приводимые в движение несколькими приводами.

Вышеперечисленные недостатки известных машин приводят к большим энергозатратам при работе устройства, большой трудоемкости при изготовлении. Кроме того, для работы машин необходима система управления, позволяющая осуществлять контроль над их работой. Все это приводит к высокой себестоимости устройства и соответственно изделий, изготавливаемых на нем.

Сущность полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является создание такого устройства для изготовления деталей методом послойного синтеза, которое имело бы упрощенную конструкцию за счет сокращения числа приводов, механизмов хранения, дозирования, транспортировки порошка и выравнивание его слоя. Что позволило бы снизить себестоимость изготавливаемых изделий.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза содержит бункер для хранения порошка, выполненный с каналом, образуемым стенками бункера. Стенки бункера снабжены в нижней части вертикальными ножами, образующими выходное отверстие. При этом бункер жестко соединен с вертикальным штоком высокоточного линейного сервопривода, размешенном в вертикальных направляющих, а вертикальные направляющие соединены со штоком горизонтального сервопривода.

Таким образом, использование полезной модели позволяет упростить конструкцию устройства для изготовления деталей и тем самым снизить себестоимость как устройства так и деталей, изготавливаемых на нем.

Перечень фигур на чертежах.

Полезная модель устройства для изготовления деталей методом послойного синтеза поясняется чертежами, на которых:

На фиг.1 показан общий вид устройства для изготовления деталей

методом послойного синтеза;

На фиг.2 показан узел А фиг.1, на котором изображен общий вид механизма хранения, дозирования, транспортировки и выравнивания слоя порошка;

На фиг.3 показывает вид "В" фиг.2, - механизм хранения, дозирования, транспортировки и выравнивания слоя порошка при виде сверху.

Осуществление полезной модели

Устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза (фиг.1) состоит из каркаса 1, на котором смонтированы механизм хранения, дозирования, транспортировки и выравнивания слоя порошка, выполненные с приводами, (узел А) Кроме того, устройство снабжено оптоволоконным лазером модели ЛС-03 6, механизмом 3 вертикального перемещения лазерной оптической головки, состоящим из оптической головки лазера жестко закрепленной (с исключением возможного сдвига) на штоке линейного сервопривода, шток линейного сервопривода перемещается по направляющей, жестко закрепленным (с исключением возможности сдвига) крепежными элементами на кронштейне экспериментального стенда. Так же устройство снабжено кареткой 4 с приводом горизонтального перемещения 5, шкафом управления 7, рабочей камерой 8 (с системами вакуумирования, наддува защитного газа, очистки, охлаждения камеры, контроля фактической температуры спекаемого порошка), рабочим столом 9, с возможностью его вертикального перемещения при помощи высокоточного шагового винтового привода с ЧПУ. Кроме того устройство снабжено пультом управления 10 с режимами как ручного, так и автоматического управления, защитным кожухом 11, выполненным из металлического листа. Так же устройство снабжено бункером сбора избыточного количества порошка 12 расположенным в плите устройства и выполненным в виде отверстия глубиной не менее 200 мм, снабженного приемным устройством с возможностью его извлечения из бункера.

Механизм хранения, дозирования, транспортировки и выравнивания слоя порошка (фиг.2) содержит бункер 2, вертикальный нож 13 с сервоприводом 17, и электропривод 22 (узел А).

Бункер 2 для хранения порошка выполнен с каналом 12, образуемым стенками бункера 14 и двумя стальными вкладышами 15. Стенки бункера 14 снабжены в нижней части вертикальными ножами 13, образующими выходное отверстие (фиг.2).

Вертикальные ножи 13 (фиг.3) выполнены в виде плоских пластин (длиной 180 мм, толщиной 7 мм и высотой 100 мм) и имеют в нижней части двухсторонние кромки среза, образующие рабочую кромку ножа. Бункер 2 жестко соединен (сварное соединение) с вертикальным штоком 16, высокоточного линейного сервопривода 17 и перемещается по вертикальным направляющим 18. Вертикальный шток 16 несет на себе кронштейн 25 для крепления бункера 2. Сервопривод 17 снабжен лапками с помощью которых закреплен на кронштейне 19 болтовым соединением.

Направляющая 18 выполнена в виде трубы прямоугольного сечения из четырех металлических пластин сваренных между собой, две из которых являются направляющими, а две другие несут функцию соединительного элемента.

Кронштейн 19 сварен из жестких пластин, предназначен для жесткой фиксации, при помощи болтового соединения, корпуса сервопривода 17 и направляющих 18. Кронштейн 19 установлен на подвижной металлической каретке 20.

Каретка 20 сварена из металлических пластин и имеет прямоугольное сечение. Каретка несет функцию жесткого конструктивного элемента, с одной стороны она жестко соединена с кронштейном 19, с другой стороны она соединена болтовым соединением со штоком 21 сервопривода 22. Каретку 20 по горизонтальным направляющим 23, выполненным из параллельных металлических пластин и жестко соединенных с плитой 24 каркаса 1, перемещает поршень сервопривода 22.

Работа устройства для изготовления деталей методом послойного синтеза происходит следующим образом:

Бункер 2 расположен в крайнем правом положении (Фиг.2), и его ножи выставлены относительно плоскости рабочего стола 9 на величину, соответствующей требуемой (расчетной) толщине слоя порошка, например 100 мкм. Далее порошок объемом, достаточным для изготовления всего изделия, засыпают в бункер 2.

В соответствии с программным обеспечением включают сервопривод 22, шток 21 которого переводит бункер 2 в область рабочего стола 9. При движении штока 21 влево порошок высыпается на рабочий стол 9, одновременно с этим слой высыпавшегося порошка разравнивают кромками ножей 13. Подача порошка определяется выставленной высотой ножей 13 относительно плоскости рабочего стола 9 (регулируемой сервоприводом 17), а также длиной пробега ножей 13 в рабочей камере 8 (определяемой электроприводом 22). После того как бункер 2 прошел расстояние, необходимое для формирования расчетного слоя порошка, он возвращается в крайнее правое положение.

После чего в рабочую камеру подается инертный газ (аргон). Следующим этапом осуществляют процесс спекания, нанесенного на рабочий стол слоя порошка, лазерным лучом. После окончания спекания слоя порошка рабочий стол опускают на величину, соответствующей толщине слоя порошка. Затем в соответствии с программным обеспечением с применением сервопривода 17 устройство переходит к подготовке следующего слоя порошка аналогично, указанному выше, с последующим его спеканием.

После спекания всего изделия бункер 2 опускают с гарантированным зазором 10 мкм относительно плоскости рабочего стола 9, после чего при помощи привода 22 бункер 2 перемещают в крайнее левое положение, тем самым осуществляют сбор избыточного (неизрасходованного) порошка и сброс его в бункер 12.

Таким образом, за счет конструктивного совмещения функций хранения порошка, дозированной выдачи и выравнивания его слоя с применением одного привода, а сбор избыточного количества порошка и сброс его в бункер, обеспечивается как упрощение конструкции устройства в целом, так и экономия применяемого порошка, что снижает себестоимость изготовления деталей.

Устройство для изготовления деталей методом послойного синтеза, содержащее каркас устройства, лазер, бункер для хранения порошка, рабочую камеру, снабженную рабочим столом, отличающееся тем, что бункер для хранения порошка выполнен с каналом, образуемым стенками бункера, снабженными в нижней части вертикальными ножами, образующими выходное отверстие, при этом бункер жестко соединен с вертикальным штоком высокоточного линейного сервопривода, размешенном в вертикальных направляющих, а вертикальные направляющие соединены со штоком горизонтального сервопривода.