Способ лазерного спекания изделий из сферических порошковых материалов

СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СФЕРИЧЕСКИХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Чивель Юрий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(56) Гуреев Д.М., Петров А.Л., Шишковский И.В. Селективное лазерное спекание биметаллических порошковых композиций // Физика и химия обработки материалов. - 1997. -6. С. 92-96.2021881 1, 1994.98/24574 А.0059334 А 1, 2003.5182170 А, 1993.(57) Способ лазерного спекания изделий из сферических порошковых материалов, включающий воздействие сканирующего импульсно-периодического лазерного излучения на последовательно наносимые слои порошкового материала, отличающийся тем, что путем фокусировки лазерного излучения с длительностью интенсивного импульса 10 нс в промежутки между тремя сферическими частицами на поверхность частицы нижнего слоя создают плазму с температурой (15-20)103 в пространстве между частицами с обеспечением плавления и контактного спекания частиц. 8336 1 2006.08.30 Данное изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при спекании изделий из сферических порошков крупных фракций различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов. Известен способ спекания изделий из порошковых материалов 1, при котором порошковый материал подают в область расплава на поверхности заготовки, поддерживаемую в пятне фокусировки непрерывного лазерного излучения. Недостатком данного способа является то, что имеет место полное расплавление частиц порошка, невозможно обеспечить заданную степень пористости изделия. При спекании металлических порошков поддержание области расплава требует значительных затрат энергии, что снижает КПД процесса. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является представленный в 2 способ спекания изделий из порошковых материалов, при котором производят спекание последовательно наносимых слоев порошкового материала сканирующим лучом непрерывного или импульсно-периодического лазера. Недостатком данного способа является полное проплавление слоев порошковой засыпки для обеспечения межслойного спекания, что требует повышенной мощности воздействующего лазерного излучения, ограничивает размер спекаемых частиц и не обеспечивает сохранения исходной пористости насыпки и геометрии частиц. Задачей заявляемого изобретения является создание способа спекания изделий из порошковых материалов с помощью лазерного излучения, обеспечивающего внутрислойное и межслойное спекание сферических порошков, при минимальных нарушениях геометрии порошковых частиц, сохранении исходной степени пористости засыпки, при высоком качестве изделия и высоком КПД процесса спекания. Для выполнения поставленной задачи предлагается способ лазерного спекания сферических порошковых материалов, включающий воздействие сканирующего импульснопериодического лазерного излучения на последовательно наносимые слои порошкового материала. Новым, по мнению автора, является то, что путем фокусировки лазерного излучения с длительностью интенсивного импульса 10 нс в промежутки между тремя сферическими частицами на поверхность частицы нижнего слоя создают плазму с температурой(15-20)103 К в пространстве между частицами, с обеспечением плавления и контактного спекания частиц. Сущность изобретения поясняется схемой (фигура). При сканировании поверхности порошковой засыпки лазерным излучением центр пятна фокусировки 1 периодически, синхронно с импульсами лазера, работающего с установленной частотой, программно устанавливается управляющим компьютером посредством системы сканирования на геометрический центр промежутка 2 между тремя соседними частицами и фиксируется на время длительности импульса лазера. Излучение лазера проникает в нижележащий слой, разогревает и испаряет поверхность частицы 3 этого слоя. В парах под воздействием лазерного излучения возникает плазма 6, нагреваемая лазерным излучением до температуры в десятки тысяч градусов. Время жизни плазменного образования значительно (102-103 раз) превосходит длительность импульса лазера. Посредством излучательного и теплопроводностного механизмов теплопередачи осуществляется нагрев и межслойное и междуслойное спекание частиц порошка в точках контактов 4,5 частиц порошка. Обеспечивается высокий КПД процесса, так как осуществляется импульсный, поверхностный разогрев частиц порошка в областях контакта частиц и образование манжет, соединяющих частицы при сохранении исходной степени пористости. Режим работы лазера и движение пятна фокусировки при сканировании корректируются таким образом, что импульсное воздействие осуществляется в ближайшие к траектории движения промежутки между тремя соседними частицами (векторно-растровый режим). 2 8336 1 2006.08.30 Таким образом, заявляемый способ лазерного спекания порошковых материалов и изделий из них обеспечивает спекание изделий с высоком КПД процесса, высоким качеством изделия при сохранении исходной пористости засыпки. Источники информации 1..,.,., --//, 1998. - . 1205-1210. 2. Гуреев Д.М., Петров А.Л., Шишковский И.В. Селективное лазерное спекание биметаллических порошковых композиций // Физика и химия обработки материалов. 1997.6. - С.92-96. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3