Способ трехмерной печати металлами и смесями порошкообразных материалов

Авторы патента:

Сайфуллин Ринат Назирович (RU)

B33Y10/00 -

B22F3/12 - уплотнение и спекание (ковкой B22F 3/17)

B22F3/105 - с использованием электрического тока, лазерного излучения или плазмы (B22F 3/11 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2600154:

Сайфуллин Ринат Назирович (RU)

Изобретение относится к трехмерной печати и может быть использовано для создания объемных изделий. Способ трехмерной печати объемного изделия из металлического порошкообразного материала, включающий прессование порошкообразного металлического материала рабочей поверхностью электрода с последующей подачей тока, разогревающего порошкообразный материал и приваривающего его к формируемому объемному изделию. Порошкообразный металлический материал подают в струе обрамляющего воздушного потока вдоль электрода. Обеспечивается повышение прочности изделий, уменьшение пористости, исключение предварительного подогрева порошка. 5 ил.

Изобретение относится к трехмерной печати и может быть использовано для создания объемных изделий из металлов и смеси порошкообразных материалов.

Недостатками известных способов для трехмерной печати металлами является высокая пористость готовых изделий, относительно низкая прочность получаемых изделий, необходимость предварительного подогрева исходного материала, наличие инертной среды, необходимость в мелкоизмельченном материале (пудре), сегрегация порошковых смесей при печати.

Изобретение позволяет исключить вышеуказанные недостатки, а именно повысить прочность изделий, получаемых трехмерной печатью металлами и порошковыми смесями, добиться низкой пористости, вплоть до плотности литого материала, отказаться от предварительного подогрева исходного материала, повысить размеры частиц используемого порошка, исключить сегрегацию частиц порошка при печати.

Этот технический эффект достигается тем, что порошкообразный материал или смесь порошкообразных материалов прессуется рабочей поверхностью электрода с последующей подачей тока, разогревающего порошкообразный материал и приваривающего его к формируемому объемному изделию, при этом электрод имеет возможность перемещаться по трем координатным осям.

На фиг. 1 приведена схема осуществления способа.

На фиг. 2 и на фиг. 3 приведены схемы осуществления способа с использованием обрамляющего воздушного потока.

На фиг. 4 приведена схема осуществления способа с изменением рабочей поверхности электрода.

На фиг. 5 приведена схема осуществления двухэлектродного способа.

Схема способа включает в себя формируемое объемное изделие 1, порошкообразный материал 2, электрод 3, подключенный к источнику тока 4 и соединенный с нагружающим устройством 5.

Способ для трехмерной печати осуществляется следующим образом (фиг. 1). Устройство подачи порошкообразного материала (на схеме не показано) подает исходный порошкообразный материал 2 под рабочую поверхность электрода 3. Электрод 3 электроконтактной машины (на схеме не показано) при своем движении сжимает порошкообразный материал 2, прижимает его к поверхности формируемого объемного изделия 1 и приваривает порошкообразный материал 2 к поверхности формируемого объемного изделия 1 за счет нагрева проходящим через электрод 3 и формируемое объемное изделие 1 электрического тока. Далее электрод 3 движется в обратном направлении и смещается на величину шага вдоль одной из координатных осей. После приварки порошкообразного материала 2 вдоль одной из координатных осей механизм перемещения электрода 3 (на схеме не показано) смещает электрод 3 на величину шага вдоль другой координатной оси и процесс повторяется. Таким образом, последовательно смещаясь по трем координатным осям, электрод 3 формирует из порошкообразного материала 2 объемное изделие 1.

Дополнением к описанному способу осуществления трехмерной печати может быть защита подаваемого порошкообразного материала в обрамляющем воздушном или ином газовом потоке, что дает возможность защиты от окружающей атмосферы и использования охлаждающей жидкости, которая, кроме прочего, может закаливать наращиваемый слой. Данное дополнение включает в себя также формируемое объемное изделие 1, порошкообразный материал 2, электрод 3, подключенный к источнику тока 4 и соединенный с нагружающим устройством 5, сжатый воздух 6 (фиг. 2). При введении данного дополнения способ осуществляется следующим образом. Устройство подачи порошкообразного материала (на схеме не показано) подает исходный порошкообразный материал 2 вдоль электрода 3 в струю обрамляющего сжатого воздуха 6, который подает порошкообразный материал 2 к поверхности формируемого объемного изделия 1. Обрамляющий сжатый воздух 6 не позволяет частицам порошкообразного материала 2 выйти из зоны обрамления, а при встрече с поверхностью формируемого объемного изделия 1 часть сжатого воздуха, направленная внутрь обрамления, поддерживает порошкообразный материал во взвешенном состоянии, исключая сегрегацию частиц порошкообразного материала 2. Электрод 3 электроконтактной машины (на схеме не показано) при своем движении сжимает порошкообразный материал 2, прижимает к поверхности формируемого объемного изделия 1 и приваривает порошкообразный материал 2 к поверхности формируемого объемного изделия 1 за счет нагрева проходящим через электрод 3 и формируемое объемное изделия 1 электрического тока. Далее процесс продолжается, как описано выше.

Также порошкообразный материал 2 можно подавать в обрамляющем воздушном потоке 6 вдоль поверхности формируемого объемного изделия 1 (фиг. 3).

Для повышения возможностей описанных способов трехмерной печати прессование и приварку порошкообразного материала можно осуществлять не только торцевой поверхностью электрода, но и боковой поверхностью, что облегчает получения изделий с навесными перекрытиями. На фиг. 4 представлена схема осуществления данного способа.

Подаваемый порошкообразный материал может также перед приваркой приклеиваться (прицепляться) к рабочей поверхности электрода и после привариваться на изделие. При использовании ферромагнитных порошков последние могут дозированно примагничивается к рабочей поверхности электрода путем использования постоянных магнитов или электромагнитных устройств.

При больших размерах изделия возможна подача тока через два электрода. В данном случае разогрев порошка и его приварка будет осуществляться током, проходящим через цепочку: первый электрод - порошкообразный материал - формируемое объемное изделие - порошкообразный материал - второй электрод (фиг. 5). Неприваренный порошок в промежутке между электродами приваривается при смещении электродов на следующий шаг.

Путем выбора усилия сжатия порошкообразного материала, силы тока, его продолжительности можно регулировать плотность и прочность печатаемого изделия. Размерами частиц порошкообразного материала и размерами рабочей поверхности электрода можно регулировать шероховатость поверхности и точность печатаемого изделия. Толщину каждого слоя печати можно регулировать количеством подаваемого порошкообразного материала. При такой печати возможно использование как мелких, так и крупных частиц порошкообразного материала. При использовании порошкообразных смесей возможно использование композиций керамических и металлических порошков, что открывает широкие возможности получения изделий с разнообразными свойствами.

Для качественного осуществления способа необходимо регулирование тока и его продолжительности. Данная регулировка может осуществляться путем предварительного измерения сопротивления или разности потенциалов в спрессованном порошке. Данная информация поступает в контроллер, который подает команду на контактор электроконтактной машины для подачи тока необходимой величины.

Во всех описанных способах осуществление трехмерного перемещения электрода может быть заменено трехмерным перемещение изделия или взаимным совмещением перемещений этих изделий. Также во всех описанных способах стержневые электроды можно заменить на роликовые, тем самым повысив производительность. Производительность трехмерной печати металлами и смесями порошкообразных материалов также можно повысить использованием многоэлектродного устройства.

После трехмерной печати для уменьшения шероховатости поверхности изделия можно обработать ее с помощью пескоструйной или дробеструйной обработки или другими способами.

Способ трехмерной печати объемного изделия из металлического порошкообразного материала, включающий прессование порошкообразного металлического материала рабочей поверхностью электрода с последующей подачей тока, разогревающего порошкообразный материал и приваривающий его к формируемому объемному изделию, отличающийся тем, что порошкообразный металлический материал подают в струе обрамляющего воздушного потока вдоль электрода.

Изобретение относится к изготовлению комбинированного изделия из твердого сплава и стали типа шип. Получают твердосплавную заготовку из порошка твердого сплава холодным прессованием в закрытой пресс-форме, проводят предварительную термообработку полученной твердосплавной заготовки спеканием при 950-1100°С в среде водорода, затем размещают твердосплавную заготовку в нижней стальной полуформе для горячего прессования с обеспечением выступания твердосплавной заготовки над поверхностью стальной полуформы, выступающую над поверхностью стальной полуформы часть твердосплавной заготовки покрывают слоем от 5 до 15 мкм суспензии, содержащей технический углерод, сушат полученное покрытие в течение 4-10 секунд водородным факелом, затем ведут горячее прессование твердосплавной заготовки при давлении 0,1-3,0 МПа, скорости нагрева от 150 до 160°С/мин, напряжении источника питания от 5 до 8 В и максимальном импульсном токе от 3 до 8 кА.

Порошки на основе железа для инжекционного формования порошков // 2593064

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая композиция на основе железа для получения спеченной детали инжекционным формованием имеет средний размер частиц 20-60 мкм и содержит 0,3-1,6 мас.% Мо, 0,1-0,6 мас.% Р, необязательно до макс.

Способ формирования зубков вооружения калибратора стволов скважин // 2592589

Изобретение относится к области износостойких композиционных спеченных материалов, применяемых для изготовления вооружения бурового инструмента и опорно-центрирующих устройств, полученных методами порошковой металлургии, в частности устройств для калибровки ствола скважин.

Способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа // 2588979

Изобретение относится к получению высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа. Готовят шихту на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода.

Композиционный материал на основе сплавов системы sn-sb-cu и способ его получения // 2585588

Изобретение относится к области металлургии, а именно к композиционным материалам (КМ) на основе сплавов оловянных баббитов и способам их получения, и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения узлов трения в транспорте, турбиностроении, судостроении.

Магнитный материал для постоянных магнитов и изделие, выполненное из него // 2578211

Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным (магнитотвердым) материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использована в авиационной промышленности.

Способ изготовления наноразмерного твердого сплава // 2569288

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме.

Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса // 2569287

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание.

Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления // 2566247

Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Способ изготовления электроугольных изделий // 2560619

Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Готовят порошковую композицию путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, проводят горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре.

Способ изготовления катализатора // 2598381

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе частиц, с размером поперечного сечения в диапазоне 1-50 мм и соотношением размеров в диапазоне 0,5-5, с использованием слоя добавки, полученного технологией трехмерной печати, причем способ включает в себя: (i) формирование слоя порошкового материала-носителя катализатора, содержащего оксид алюминия, алюминат металла, диоксид кремния, алюмосиликат, диоксид титана, диоксид циркония, диоксид цинка или их смесь, (ii) связывание порошка в упомянутом слое согласно заданному шаблону, (iii) повторение пунктов (i) и (ii) слой за слоем, с образованием формованного блока, и (iv) нанесение каталитического материала на упомянутый формованный блок.

Способ локальной наплавки поврежденной термомеханической детали и деталь, выполняемая таким образом, в частности деталь турбины // 2598018

Группа изобретений относится к локальной наплавке термомеханической детали из сверхсплава с закреплением наплавляемого материала в повреждении детали. Сначала на подготовительном этапе в камерной матрице для искрового спекания выполняют форму, имеющую вид отпечатка по меньшей мере одной наплавляемой части поврежденной детали, вводят в форму слой порошка припоя и по меньшей мере один слой на основе порошка сверхсплава с образованием многослойного набора порошков, затем проводят искровое спекание полученного многослойного набора путем воздействия давлением и пропускания импульсного тока с подъемом температуры с получением преформы, имеющей градиенты композиции в многослойном наборе порошков, со стороной припоя и сверхсплавом на его поверхности.

Устройство спекания и лазерного плавления, содержащее средство индукционного нагрева порошка // 2598015

Группа изобретений относится к лазерному спеканию металлического порошка. Устройство лазерного спекания для наплавки металлической детали из металлического порошка содержит генератор лазерного луча, средство отклонения лазерного луча для сканирования поверхности детали, емкость для спекания, содержащую металлический порошок для утолщения детали посредством расплавления металлического порошка лазерным лучом, и по меньшей мере одно средство индукционного нагрева металлического порошка, содержащегося в зоне упомянутой емкости для спекания.

Способ изготовления металлической детали селективным плавлением порошка // 2593312

Изобретение относится к изготовлению лопасти турбомашины (17) селективным расплавлением порошка (2). Способ включает послойное формирование на пластине (6) одновременно лопасти (17) и по меньшей мере одного элемента (21, 22) удержания и опоры этой лопасти, причем этот элемент (21, 22) отдален от лопасти (17) и отделен от нее зазором (23), заполненным нерасплавленным порошком (2).

Способ изготовления гибридного компонента // 2590431

Изобретение относится к гибридному компоненту (11), способу изготовления гибридного компонента (11) и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Изготавливают преформу (2) в качестве первой части гибридного компонента (11).

Способ и устройство для увеличения разрешающей способности в аддитивно выполненных трехмерных изделиях // 2588207

Группа изобретений относится к способу увеличения разрешающей способности при выполнении трехмерного изделия посредством последовательного сплавления частей порошкового основания для получения трехмерного изделия.

Способ изготовления медно-титанового токопроводящего элемента // 2582867

Изобретение относится к технологии изготовления медно-титановых токопроводящих контактных элементов. Медный и титановый компоненты сопрягают друг с другом и соединяют в медно-титановый токопроводящий контактный элемент.

Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы wc-co // 2582851

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co включает электроимпульсное прессование при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3 с.

Способ получения объемных изделий с градиентом свойств из порошков и устройство для его осуществления // 2580145

Группа изобретений относится к области высокоэнергетической обработки материалов, а именно к способу и устройству для получения изделий с градиентом свойств из порошков с применением потоков излучения и частиц, и может быть использована в их селективном спекании или плавлении.

Способ изготовления металлического компонента посредством аддитивного лазерного изготовления // 2574536

Изобретение относится к технологии изготовления трехмерной металлической детали(11), представляющей собой деталь газовой турбины в виде лопатки, лопасти или теплового экрана, которая может быть использована в компрессоре, камере сгорания или турбинной секции газовой турбины.

Устройство для изготовления объемных изделий // 2602329

Изобретение относится к изготовлению объемных изделий. Устройство включает стойку, платформу построения, размещенную на стойке герметичную камеру построения, устройства поддержания в камере рабочей среды, подачи порошка и планаризации слоя порошка на платформе построения, послойного лазерного спекания и удаления излишнего материала, а также контейнеры соответственно для размещения платформы построения с вертикальным приводом и сбора излишнего порошка. Камера построения выполнена с технологическим люком, размещенным в донной ее части, и снабжена размещенной под камерой построения с возможностью вертикального перемещения крышкой, скрепленной с контейнером платформы построения. Обеспечивается увеличение размера изделия без увеличения размеров камеры построения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.