Устройство для изготовления трехмерного изделия из порошковых материалов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Савич Вадим Викторович Толочко Николай КонстантиновичМозжаров Сергей ЕвгеньевичСмуров Игорь Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Устройство для изготовления трехмерного изделия из порошковых материалов, содержащее горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на горизонтальную подложку и источник концентрированного потока энергии со средством сканирования, отличающееся тем, что средство послойной подачи материала выполнено в виде клинообразного бункера, длина которого соответствует ширине наносимого слоя порошкового материала,разделенного двумя перегородками на заполняемые различными порошковыми материалами три секции, каждая из которых имеет в нижней части щелевое отверстие, снабженное узлом регулирования подачи материала на горизонтальную подложку в виде заслонки,установленной с возможностью независимого полного или частичного перекрытия щелевого отверстия секции в плоскости, параллельной поверхности горизонтальной подложки. 11317 1 2008.12.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина а щелевых отверстий в секциях связана с размером частиц ч порошкового материала, находящегося в ней, соотношением 3 ч 10 ч. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что клинообразный бункер снабжен устройством, обеспечивающим его колебания параллельно поверхности горизонтальной подложки и в направлении, поперечном перемещению клинообразного бункера. Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано для получения трехмерных изделий из порошков, конструкция которых предполагает наличие в их объеме двух различных материалов, например биметаллические изделия, изделия с металлической оболочкой и сердцевиной из другого материала и т.п. Известно устройство для изготовления изделий из порошковых материалов прессованием, состоящее из матрицы и пуансонов, образующих полость, которая заполнена формуемым порошком 1. Недостатком такого устройства является необходимость применения пресс-форм сложной конструкции из дорогостоящих инструментальных сталей или твердых сплавов,что повышает стоимость изделий, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства. Кроме того, пресс-формы выполняют индивидуально для каждого типоразмера формуемого изделия. По техническим причинам пресс-формы, даже очень сложной конструкции с несколькими независимо движущимися пуансонами, далеко не всегда позволяют получить изделия сложной конфигурации, имеющие внутренние полости переменного сечения, закрытые полости и т.п. Все это вместе ограничивает технические возможности устройств подобного типа. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов,включающее горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на подложку и источник концентрированного потока энергии со средством сканирования 2. Указанное устройство обеспечивает получение трехмерных изделий сложной конфигурации путем послойного избирательного спекания порошкового материала, наносимого на подложку, под действием потока энергии, например лазерного луча. При этом исключается применение дорогостоящих пресс-форм, однако на этом устройстве нельзя получить изделие, содержащее части из различных материалов в наносимом слое, за один проход. Устройство для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов(фиг. 1), содержит горизонтальную подложку (1), установленную с возможностью вертикального перемещения, средство подачи материала на подложку в виде бункера (2), выполненное с возможностью горизонтального перемещения относительно подложки, лазер(3) и средство перемещения луча относительно подложки (4). Бункер разделен двумя перегородками (5) на три секции, имеющие щелевые отверстия и снабженные узлом регулирования подачи материала на подложку в виде заслонок (6) и привода, управляющего положением заслонок (на рисунке условно не показан). Боковые секции бункера заполнены порошком (7) одного типа (или разными), а центральная секция заполнена порошком(8) другого типа. Заслонки (6) боковых секций в одном из исполнений раскрываются в разные стороны, а заслонка (6) центральной секции может состоять из двух половин, попарно связанных с заслонками боковых секций. При этом если заслонка боковой секции открывается, то связанная с ней часть заслонки центральной секции может закрываться, и наоборот. Схема работы устройства показана на фиг. 3 и фиг. 4. 2 11317 1 2008.12.30 Приведенные выше конструктивные особенности устройства, как показано ниже при описании его работы при изготовлении объектов из различных порошковых материалов,позволяют, в отличие от прототипа, обеспечить достижение поставленной технической цели. Изготавливается изделие в форме параллелепипеда (152010 мм) из медного порошка марки ПМС-1 и полимер-песчаной смеси (15 полимера, остальное кварцевый песок). Средний размер частиц медного порошка и песка - около 100 мкм. В наружные секции бункера засыпают порошок меди, а в центральную секцию - песок с полимерной связкой. Порошки наносят в состоянии свободной насыпки на горизонтальную подложку последовательными слоями. Толщина наносимых слоев составляет около 200 мкм. Схема нанесения слоев следующая пять слоев только медного порошка, сорок слоев, состоящих из двух порошков так, что песок образует прямоугольник 712 мм в окружении медного порошка (фиг. 5), затем снова пять слоев медного порошка. Взаимное расположение заслонок каждой секции видно на фиг. 3 и фиг. 4. Каждый слой облучается вертикально направленным относительно подложки параллельным лучом непрерывноголазера (длина волны 1,06 мкм). Скорость перемещения луча 5 мм/с. Диаметр луча 5 мм,мощность излучения 100 Вт. Таким образом формируется монолитное изделие, имеющее медную оболочку, внутри которой находится полимерно-песчаная смесь, играющая роль наполнителя. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в расширении технических возможностей устройства путем обеспечения изготовления изделий из двух или трех порошковых материалов, различающихся размером частиц, физическими, механическими или иными свойствами, причем нанесенный слой может полностью состоять только из одного или из двух (трех) порошковых материалов, или же они могут быть нанесены одновременно, не смешиваясь между собой, по заранее определенной закономерности в слое. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве для изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов, содержащем горизонтальную подложку, установленную с возможностью вертикального перемещения, средство послойной подачи материала на подложку и источник концентрированного потока энергии со средством сканирования, средство послойной подачи материала выполнено в виде клинообразного бункера, длина которого соответствует ширине наносимого слоя порошкового материала, разделенного двумя перегородками на три секции, каждая из которых заполнена различными порошковыми материалами и имеет в нижней части щелевое отверстие, снабженное узлом регулирования подачи материала на подложку в виде заслонки, установленной с возможностью независимого полного или частичного перекрытия щелевого отверстия каждой секции в плоскости, параллельной поверхности подложки. Ширина а щелевых отверстий в секциях может быть связана с размером частиц порошкового материала ч, находящегося в ней, соотношением 3 ча 10 ч. Бункер может быть выполнен дополнительно с устройством, обеспечивающим его колебания параллельно поверхности подложки и в направлении, поперечном перемещению бункера. Сущность изобретения поясняется чертежами. На чертежах представлена схема устройства для изготовления изделий из порошковых материалов (фиг. 1), вид бункера сверху (фиг. 2) с двумя разными порошковыми материалами, схема работы устройства при нанесении порошковых слоев из различных материалов при одном положении заслонок в бункере в его первой позиции при перемещении вдоль подложки (фиг. 3) и в другой позиции при другом положении заслонок (фиг. 4), а в качестве примера структура нанесенного слоя из порошков двух различных материалов (фиг. 5). 11317 1 2008.12.30 Изготавливается изделие в форме параллелепипеда (52010 мм) из порошка никелевого сплава порошков марки ПГ 10 Н 01 и порошка железа марки ПЖ. Средний размер частиц порошков - 160 мкм. В наружные секции бункера засыпают порошок никеля, а в центральную секцию - железа. Порошки наносят в состоянии свободной насыпки на горизонтальную подложку, так что граница между насыпанными порошками представляет собой прямую линию и делит зону спекания пополам. Каждый слой облучается вертикально направленным относительно подложки параллельным лучом непрерывноголазера (длина волны излучения 1,06 мкм). Скорость перемещения луча 5 мм/с. Диаметр луча 5 мм, мощность излучения 100 Вт. В результате спекания формируется изделие в виде биметаллической полосы. Исполнение бункера с шириной а щелевых отверстий в секциях, связанной с размером частиц порошкового материала ч, находящегося в ней, соотношением 3 ча 10 ч,может несколько расширить технические возможности устройства за счет использования порошков с низкой текучестью. Исполнение бункера дополнительно с устройством, обеспечивающим его колебания параллельно поверхности подложки и в направлении, поперечном перемещению бункера,также может несколько расширить технические возможности устройства за счет использования порошков с низкой текучестью либо нетекучих естественным образом. Предложенная конструкция устройства может быть использована для получения би- и триметаллических трехмерных изделий с заданным распределением материалов в объеме - в поперечном сечении и в слое. Источники информации 1. Кипарисов С.С. и Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. - М. Металлургия, 1991. С. 289. 2. Патент РФ 2025218, МПК 5 В 22 5/00, 7/00, 1994. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5