Устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок

Полезная модель относятся к области лазерной обработки, в частности к технологии и оборудованию для изготовления объемных изделий из металлических проволок по цифровой модели изделия методом послойного синтеза, а также наплавки металлических покрытий и может быть использовано в различных областях машиностроения.
Известно устройство для послойной печати объемных изделий из полимерных проволок, содержащее несущую часть, рабочий стол, систему трехмерного позиционирования, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, печатающую головку, содержащую корпус, нагреватель, сопло и смесительную систему, связанную с корпусом и соплом и состоящую из кольцевой камеры и расположенного в ней с возможностью вращения узла смешивания, узла резки полимерных проволок, содержащего неподвижный нож, выполненный с отверстиями с режущими кромками, и установленный на узле смешивания ножевой элемент, систему подачи полимерных проволок [Патент РФ №188301, МПК B41F 17/00, публ. 05.04.2019].
Достоинством известного устройства является возможность получения объемных полимерных изделий различных цветов из расплава смеси нескольких полимерных проволок выбранных цветов.
Недостатком данного устройства является то, что данное устройство предназначено для создания объемных полимерных изделий из полимерных проволок, и его невозможно применить для изготовления металлических объемных изделий.
Известны устройства для послойной печати объемных изделий из металлических порошков, содержащие несущую часть, рабочий стол, систему трехмерного позиционирования, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, источник лазерного излучения, лазерную головку, содержащую корпусную часть и установленный в корпусной части фокусирующий объектив, систему подачи металлических порошков [Патент РФ №168 271, МПК В23K 26/342, В23K 26/70, публ. 25.01.2017, Патент РФ №174 680, МПК B22F 3/105, B33Y 30/00, публ. 25.10.2017].
Достоинством известных устройств является возможность получения, из одного или смеси нескольких металлических порошков различного химического состава, металлических объемных изделий с заданным химическим составом и свойствами.
Недостатками известных устройств являются высокая пористость получаемых металлических изделий, и, следовательно, низкая прочность, низкий коэффициент использования порошков, потери порошка при печати могут составлять до 50%.
Кроме того, всем технологиям изготовления объемных изделий из металлических порошков присущи недостатки, связанные с высокой ценой порошков, а также невозможностью создания изделий с сетчатой, ячеистой или сотовой внутренней структурой.
Также существенным недостатком известных устройств являются высокие требования к охране труда при работе с мелкодисперсными порошками и экологический аспект, сложность применяемого оборудования и вспомогательных систем, большие габаритные размеры и трудоемкость их обслуживания.
Известно устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок, содержащие несущую часть, рабочий стол, систему трехмерного позиционирования, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, источник лазерного излучения, лазерную головку, содержащую корпусную часть и установленный в корпусной части фокусирующий объектив, систему подачи металлических проволок [Патент РФ №153 612, МПК В23K 26/20, В23K 26/342, В23K 26/70, публ. 27.07.2015].
Данное устройство позволяют одной наплавляемой металлической проволокой изготавливать объемные изделие одного химического состава или получать, поочередно подаваемыми металлическими проволоками, из металлов с разной температурой плавления и диаметра, металлические объемные изделия, представляющие собой многослойную структуру, содержащую металлические слои, различенные по химическому составу и свойствам и с четкой границей раздела между ними.
Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяют поочередно подаваемыми металлическими проволоками из материалов с разными температурами плавления, получать металлические объемные изделия различного химического состава с однородным распределением структурных составляющих металлических проволок в слоях изделия.
Недостатком данного устройства также является то, что при наплавке изделия одной металлической проволокой, максимальный нагрев происходит в точке контакта проволоки и наплавляемой поверхности изделия, вызывая при этом более глубокую зону термического влияния, что увеличивает склонность наплавленного слоя к образованию микротрещин, увеличивает потери материала при нанесении слоя изделия, а также требует повышения энергии луча, которая нужна для наплавки проволоки.
Недостатком данного устройства также является то, что его система подачи оснащена механизмом наведения для точной подачи проволоки в зону обработки, что снижает эксплуатационные возможности и производительность.
Недостатком данного устройства также является то, что печать изделия ведется только одной металлической проволокой, подаваемой системой подачи. При печати металлической проволокой другого химического состава возникают перерывы в работе, вызванные необходимостью замены металлической проволоки, что также снижает производительность.
Также недостатком данного устройства являются большие трудозатраты и энергозатраты на обработку единицы площади поверхности изделия.
Все эти недостатки снижают технологические и эксплуатационные возможности устройства, прочностные характеристики изделия, увеличивают потери материала, повышают трудозатраты и энергозатраты, ограничивают толщину получаемого слоя изделия, а также сужают ассортимент изготавливаемых изделий на данном устройстве.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок, содержащие несущую часть, рабочий стол, систему трехмерного позиционирования, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, источник лазерного излучения, лазерную головку, содержащую корпусную часть и установленный в корпусной части фокусирующий объектив, систему подачи металлических проволок [Патент РФ №2 725 465, МПК B33Y 30/00, В23K 9/04, публ. 02.07.2020].
Известное устройство позволяет изготавливать, поочередно подаваемыми металлическими проволоками разного химического состава, объемное изделие, представляющие собой многослойную структуру, содержащую металлические слои, различенные по химическому составу и свойствам и с четкой границей раздела между ними.
Недостатком данного устройства то, что оно не позволяют поочередно подаваемыми металлическими проволоками разного химического состава, изготавливать металлические объемные изделия различного химического состава с однородным распределением структурных составляющих металлических проволок в слоях изделия.
Недостатком данного устройства также является то, что в качестве исходного материала используют предварительно сформированную проволоку, в виде повторяющихся секций, включающих утолщения и тонкие соединительные участки, что повышают трудозатраты и энергозатраты на ее изготовление.
Недостатком данного устройства также является низкая производительность, так как печать изделия ведется только одной металлической проволокой, подаваемой системой подачи. При печати изделия металлической проволокой другого химического состава возникают перерывы в работе, вызванные необходимостью замены металлической проволоки.
Недостатком данного устройства также является то, что его система подачи оснащена механизмом для точной подачи проволоки в зону обработки, что снижает эксплуатационные возможности и производительность.
Также недостатком данного способа являются большие трудозатраты и энергозатраты на обработку единицы площади поверхности изделия.
Все эти недостатки устройства не позволяют эффективно и качественно изготавливать объемные изделия из металлических проволок, снижают технологические и эксплуатационные возможности, производительность, увеличивают потери материала, повышают трудозатраты и энергозатраты, ограничивают толщину получаемого слоя изделия, а также сужают ассортимент изготавливаемых изделий.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, позволяющими высокопроизводительно и качественно изготавливать объемные изделия различного химического состава и различным комплексом эксплуатационных свойств из металлических проволок различного химического состава и диаметра, а также позволяющего снизить трудозатраты и энергозатраты на его изготовление.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается:
в возможности изготовления металлических объемных изделий различного химического состава с однородным распределением структурных составляющих проволок в изделии;
в возможности повышения скорости и качества изготовления металлических изделий;
расширение ассортимента изготавливаемых изделий на данном устройстве, за счет создания новых конструкционных материалов расплавлением проволочных материалов с разными температурами плавления и разными диаметрами;
в снижение технологической себестоимости процесса изготовления объемных металлических изделий;
в улучшении условий его эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок, содержащее несущую часть, рабочий стол, систему трехмерного позиционирования, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, источник лазерного излучения, лазерную головку, содержащую корпусную часть и установленный в корпусной части фокусирующий объектив, систему подачи металлических проволок, согласно полезной модели, лазерная головка снабжена телескопической системой, приводом вращения фокусирующего объектива, узлом резки металлических проволок, содержащим размещенный в корпусной части неподвижный нож, выполненный с отверстиями с режущими кромками, и установленный на фокусирующем объективе ножевой элемент, насадкой, установленной концентрично относительно фокусирующего объектива, с кольцевым зазором для подачи отрезков металлических проволок в зону обработки, система управления выполнена с дополнительным программным средством по составлению рецептур сплавов из металлических проволок, требуемых изделиями составов, система подачи металлических проволок состоит из механизмов подачи металлических проволок, выполненных с возможностью одновременной и дозированной подачи каждой металлической проволоки, требуемой для изготовления изделий состава и диаметра, в соответствующие им отверстия неподвижного ножа.
Кроме того телескопическая система, состоит из по меньшей мере двух линз, одна из которых отрицательная, а вторая положительная, при этом положительная или отрицательная линза установлена с возможностью осевого перемещения.
Кроме того, неподвижный нож выполнен в виде кольца с радиально расположенными отверстиями, а ножевой элемент выполнен в виде диска с режущими зубьями.
Кроме того, неподвижный нож выполнен в виде круглой пластины с отверстиями, а ножевой элемент выполнен по меньшей мере с одним лезвием.
Кроме того, каждый механизм подачи металлических проволок содержит прижимной ролик, подающую шестерню с приводом в виде шагового электродвигателя и направляющую трубку с мундштуком.
Кроме того, снабжено средством подачи защитного газа в зону обработки, выполненным в виде дополнительной насадки со штуцером подачи защитного газа, установленной соосно насадки, с кольцевым зазором для подачи через него защитного газа в зону обработки.
Кроме того, снабжено средством подачи защитного газа в зону обработки, выполненным в виде конического сопла со штуцером подачи защитного газа и закрепленным в верней его части стеклом, при этом средство подачи защитного газа в зону обработки размещено под фокусирующим объективом с возможностью подачи потока газа соосно лазерному лучу и прикреплено к насадке при помощи по крайней мере двух спиц или планок.
Кроме того, телескопическая система установлена соосно фокусирующего объектива.
Кроме того, телескопическая система установлена перпендикулярно фокусирующего объектива, при этом лазерная головка дополнительно снабжена поворотным зеркалом, оптически связанным с телескопической системой и фокусирующим объективом.
Кроме того, поворотное зеркало выполнено с возможностью углового перемещения относительно оптической оси фокусирующего объектива и сканирования лазерного луча по поверхности обработки.
Кроме того, дополнительное программное средство по составлению рецептур сплавов из металлических проволок, требуемых изделиями составов, состоит из таблицы металлических проволок различного химического состава и диаметра и машиносчитываемой инструкции по составлению из них рецептур сплавов для изготовления объемных изделий.
Кроме того, снабжено сканирующей системой со специализированным программным средством, связанной проводной и/или беспроводной связью с системой управления.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Снабжение лазерной головки приводом вращения фокусирующего объектива, узлом резки металлических проволок, содержащим размещенный в корпусной части неподвижный нож, выполненный с отверстиями с режущими кромками, и установленный на фокусирующем объективе ножевой элемент, позволяет изготавливать металлические объемные изделия заданного химического состава и заданным комплексом эксплуатационных свойств, повышает производительность и качество, расширяет ассортимент изготавливаемых изделий, а также снижает трудозатраты и энергозатраты на его изготовление.
Снабжение лазерной головки насадкой, установленной концентрично относительно фокусирующего объектива, с кольцевым зазором для подачи отрезков металлических проволок в зону обработки, позволяет точно подавать отрезки металлических проволок в зону обработки, и тем самым повышает технологические и эксплуатационные возможности устройства.
Выполнение системы управления с дополнительным программным средством по составлению рецептур сплавов из металлических проволок, требуемых изделиями составов, что позволяет гарантированно и точно получать рецептуры сплавов с требуемым соотношением массовых долей металлов.
Выполнение системы подачи металлических проволок состоящей из механизмов подачи металлических проволок, выполненных с возможностью одновременной и дозированной подачи каждой металлической проволоки, требуемой для изготовления изделий состава и диаметра, в соответствующие им отверстия неподвижного ножа, что позволяет изготавливать металлические объемные изделий различного химического состава и свойствами, повышает технологические, эксплуатационные возможности устройства и производительность.
Выполнение телескопической системы, состоящей из по меньшей мере двух линз, одна из которых отрицательная, а вторая положительная, установка положительной или отрицательной линз с возможностью осевого перемещения, обеспечивает эффективный выбор оптимальных плотностей мощности излучения при лазерной обработке, и тем самым повышает технологические возможности и качество наплавляемого изделия.
Выполнение неподвижного ножа в виде кольца с радиально расположенными отверстиями, и ножевого элемента, выполненного в виде диска с режущими зубьями, расширяет эксплуатационные возможности.
Выполнение неподвижного ножа в виде круглой пластины с отверстиями, и ножевого элемента по меньшей мере с одним лезвием, расширяет эксплуатационные возможности.
Выполнение каждого механизма подачи металлических проволок содержащего прижимной ролик, подающую шестерню с приводом в виде шагового электродвигателя и направляющую трубку с мундштуком, позволяет подавать металлические проволоки различного состава и диаметра, и тем самым расширяет эксплуатационные возможности.
Снабжение средством подачи защитного газа в зону обработки, выполненным в виде дополнительной насадки со штуцером подачи защитного газа, установленной соосно насадки, с кольцевым зазором для подачи через него защитного газа в зону обработки, расширяет технологические возможности и область применения.
Снабжение средством подачи защитного газа в зону обработки, выполненным в виде конического сопла со штуцером подачи защитного газа и закрепленным в верней его части стеклом, при этом средство подачи защитного газа в зону обработки размещено под фокусирующим объективом с возможностью подачи потока газа соосно лазерному лучу и прикреплено к насадке при помощи по крайней мере двух спиц или планок, что расширяет технологические возможности и область применения устройства.
Установка телескопической системы соосно фокусирующего объектива, расширяет область применения устройства.
Установка телескопической системы перпендикулярно фокусирующего объектива, при этом снабжение лазерной головки дополнительно поворотным зеркалом, оптически связанным с телескопической системой и фокусирующим объективом, расширяет технологические возможности и область применения устройства.
Выполнение поворотного зеркала с возможностью углового перемещения относительно оптической оси фокусирующего объектива и сканирования лазерного луча по поверхности обработки, что позволяет получать площадь зоны наплавки различной ширины, и тем самым повышает производительность и расширяет технологические возможности.
Выполнение дополнительного программного средства по составлению рецептур сплавов из металлических проволок, требуемых изделиями составов, состоящего из таблицы металлических проволок различного химического состава и диаметра и машиносчитываемой инструкции по составлению из них рецептур сплавов для изготовления объемных изделий, что упрощает процесс формирования рецептуры сплавов с требуемым соотношением массовых долей металлов.
Снабжение сканирующей системой, со специализированным программным средством, связанной проводной и/или беспроводной связью с системой управления, ускоряет процесс построения изделия и тем самым расширяет технологические и эксплуатационные возможности.
Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от прототипа следующими признаками:
лазерная головка снабжена телескопической системой;
приводом вращения фокусирующего объектива:
узлом резки металлических проволок, содержащим, размещенный в корпусной части, неподвижный нож, выполненный с отверстиями с режущими кромками, и установленный на фокусирующем объективе ножевой элемент,
насадкой, установленной концентрично относительно фокусирующего объектива, с кольцевым зазором для подачи отрезков металлических проволок в зону обработки;
система управления выполнена с дополнительным программным средством по составлению рецептур сплавов из металлических проволок, требуемых изделиями составов;
система подачи металлических проволок состоит из механизмов подачи металлических проволок, выполненных с возможностью одновременной и дозированной подачи каждой металлической проволоки, требуемой для изготовления изделий состава и диаметра, в соответствующие им отверстия неподвижного ножа.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного устройства для послойной печати объемных изделий из металлических проволок отсутствуют.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Изложенная сущность заявляемого устройства для послойной печати объемных изделий из металлических проволок поясняется чертежами, на которых схематично представлены
фиг. 1 - общий вид устройства для послойной печати объемных изделий из металлических проволок;
фиг. 2 - схематическое изображение в разрезе лазерной головки, выполненной с узлом резки металлических проволок, содержащим неподвижный нож в виде кольца, с радиально расположенными отверстиями, и ножевой элемент в виде диска с режущими зубьями;
фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2;
фиг. 4 - схематическое изображение в разрезе лазерной головки, выполненной с узлом резки металлических проволок, содержащим неподвижный нож в виде круглой пластины с отверстиями, и ножевой элемент выполненный четырехлезвийным; Фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 4;
фиг. 6 - схематическое изображение лазерной головки, выполненной с телескопической системой установленной перпендикулярно фокусирующего объектива и с поворотным зеркалом.
Устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок содержит несущую часть 1, рабочий стол 2, систему трехмерного позиционирования 3, систему управления с программными средствами, обеспечивающими процесс изготовления объемных изделий, источник лазерного излучения 4, лазерную головку 5, содержащую корпусную часть 6 и установленный в корпусной части 6 фокусирующий объектив 7, систему подачи 8 металлических проволок 9.
Лазерная головка снабжена телескопической системой 10, приводом вращения 11 фокусирующего объектива 7, узлом резки 12 металлических проволок 9, насадкой 13.
Узел резки 12 металлических проволок 9 содержит размещенный в корпусной части 6 неподвижный нож 14, выполненный с отверстиями 15 с режущими кромками, и установленный на фокусирующем объективе 7 ножевой элемент 16.
Насадка 13 установлена концентрично относительно фокусирующего объектива 7, с кольцевым зазором для подачи отрезков металлических проволок 9 в зону обработки.
Система управления выполнена с дополнительным программным средством по составлению рецептур сплавов из металлических проволок 9, требуемых изделиями составов.
Система подачи 8 металлических проволок 9 состоит из механизмов подачи 17 металлических проволок 8, выполненных с возможностью одновременной и дозированной подачи каждой металлической проволоки 9, требуемой для изготовления изделий состава и диаметра, в соответствующие им отверстия 15 неподвижного ножа 14.
Источником проволочного материала 9 обычно служит бабины 18 с намотанной металлической проволокой 9 (фиг. 1).
Для послойной печати объемных изделий используют металлические проволоки 9 разного состава и диаметра, предпочтительно диаметром от 0.1 до 1.2 мм.
Телескопическая система 10 содержит отрицательную линзу 19 и положительную линзу 20, при этом положительная 20 или отрицательная 19 линза установлена с возможностью осевого перемещения.
Фокусирующий объектив 7 состоит из корпуса (не обозначен), выполненного в виде в цилиндра, и установленной в нем оптики (не обозначена), формирующей лазерный луч. Фокусирующий объектив 7 установлен в корпусной части 6 на подшипнике (не обозначен).
Привод вращения 11 фокусирующего объектива 7 состоит из электродвигателя 21 и цилиндрического или конического редуктора 22. Привод вращения 11 фокусирующего объектива 7 соединен с системой управления.
Узел резки 12 проволочного материала 9 может быть выполнен с неподвижным ножом 14 и ножевым элементом 16 различной конструкции, позволяющими эффективно измельчать используемые металлические проволоки 9 различного химического состава и выбранного диаметра.
Узел резки 12 металлических проволок 9 может быть выполнен с неподвижным ножом 14 в виде кольца с радиально расположенными отверстиями 15 и ножевым элементом 16, выполненным в виде диска с режущими зубьями (фиг. 2-3).
Узел резки 12 металлических проволок 9 может быть выполнен с неподвижным ножом 14 в виде круглой пластины с отверстиями 15, и ножевым элементом 16, выполненным с по меньшей мере с одним лезвием (фиг. 4-5).
Отверстия 15 в неподвижном ноже 14 могут быть выполнены диаметром, равным диаметру подаваемой проволоки 9, или выполнены диаметром, равным максимальному диаметру используемой проволоки 9.
Насадка 13 выполнена в форме цилиндра, переходящего в конус (не показана), или в форме усеченного конуса и связана с корпусной частью 6 или неподвижным ножом 14.
Каждый механизм подачи 17 проволок 9 содержит прижимной ролик, подающую шестерню (не обозначены) с приводом в виде шагового электродвигателя (не показан) и направляющую трубку 23 с мундштуком 24. Механизмы подачи 17 металлических проволок 9 выполнены с возможностью подачи используемой металлической проволоки различного диаметра и из разного материала.
Направляющие трубки 23 могут быть непосредственно связаны с отверстием 15 неподвижного ножа 14 или посредством мундштуков 24.
Направляющие трубки 24 могут быть выполнены из гибкого полимерного материала.
В зависимости от технологических задач послойную печать объемных изделий из металлических проволок 9 осуществляют в герметичной камере (не показана) в защитной среде из инертных газов или в среде атмосферного воздуха.
При послойной печати объемных изделий в среде атмосферного воздуха, для защиты зоны обработки от воздействия окружающей среды (воздуха), в зону наплавки подают защитный газ.
При этом, для подачи защитного газа в зону обработки, устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок может быть снабжено средством подачи защитного газа в зону обработки (фиг. 4), выполненным в виде дополнительной насадки 25 со штуцером 26 подачи защитного газа. Дополнительная насадка 25 установлена соосно насадки 13 с кольцевым зазором для подачи через него защитного газа в зону обработки. Дополнительная насадка 25 может быть выполнена в форме цилиндра, переходящего в конус или в форме усеченного конуса, и связана с насадкой 13 или корпусной частью 6.
При послойной печати объемных изделий в среде атмосферного воздуха устройство для послойной печати объемных изделий из металлических проволок может быть снабжено средством подачи защитного газа в зону обработки (фиг. 6), выполненным в виде конического сопла 27 со штуцером 26 подачи защитного газа и закрепленным в верней его части стеклом 28. Стекло 28 выполнено в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла. При этом средство подачи защитного газа в зону обработки (фиг. 6) размещено под фокусирующим объективом 7 с возможностью подачи потока газа соосно лазерному лучу и прикреплено к насадке 13 при помощи по крайней мере двух спиц или планок 29.
Телескопическая система 10 может быть установлена соосно оптической оси фокусирующего объектива 7 (фиг. 2 и фиг. 4).
Телескопическая система 10 может быть установлена перпендикулярно оптической оси фокусирующего объектива 7 (Фиг. 6), при этом лазерная головка 5 дополнительно снабжена поворотным зеркалом 30, оптически связанным с телескопической системой 10 и фокусирующим объективом 7.
Поворотное зеркало 30, может быть выполнено с возможностью углового перемещения относительно оптической оси фокусирующего объектива 7 и сканирования лазерного луча по поверхности обработки.
Такое выполненное поворотного зеркала 30 позволяет реализовать различное расположение лазерного пучка относительно поверхности обработки и получать площадь зоны наплавки различной ширины, и, тем самым, позволяет повысить производительность и расширить технологические возможности.
Изготовление объемных изделий осуществляют на подложке (не показана), установленной на рабочем столе 2.
Дополнительное программное средство по составлению рецептур сплавов из металлических проволок 9, требуемых изделиями составов, состоит из таблицы металлических проволок 9 различного химического состава и диаметра, и машиносчитываемой инструкции по составлению из них рецептур сплавов для изготовления объемных изделий.
Для создания цифровых моделей изделий существующих объектов используют сканирующую систему со специализированным программным средством, связанную проводной и/или беспроводной связью с системой управления.
Перемещение фокусирующего объектива 7 и рабочего стола 2 по соответствующим им координатам показано стрелками (фиг. 1).
Несущая часть 1 может быть выполнена по схеме типа портал (фиг.1) или консоль (не показана).
Устройство послойной печати объемных изделий из металлических проволок 9 может быть выполнено с системой трехмерного позиционирования 3 различной конструкции.
Устройство послойной печати объемных изделий из металлических проволок 9 может быть выполнено с системой трехмерного позиционирования 3, состоящей из системы позиционирования лазерной головка 5 по координатам X и Z и системы позиционирования рабочего стола 2 по координате Y (фиг. 1).
Устройство послойной печати объемных изделий из металлических проволок 9 может быть выполнено с системой трехмерного позиционирования 3, состоящей из системы позиционирования рабочего стола 2 по координатам XYZ (не показано) относительно неподвижно установленной лазерной головка 5.
В качестве источника лазерного излучения 4, при жестко зафиксированной на несущей части 1 лазерной головки 5, используют или твердотельный лазер, или полупроводниковый лазер, или волоконный лазер, а при использовании перемещающейся лазерной головки 5 по двум Y Z-координатам используют волоконный лазер.
Устройство послойной печати объемных изделий из металлических проволок 9 работает следующим образом.
Перед началом печати на персональном компьютере с помощью соответствующего графического программного обеспечения (например, Компас 3D, AutoCad, Solid Works, Blender, 3ds Max, Google SketchUp) создают графическую 3D-модель изделия.
Создание ЗБ-модели изделий существующих объектов осуществляют известным образом при помощи сканирующей системы, выполненной со специализированным программным средством.
Дополнительным программным средством по составлению рецептур сплавов из металлических проволок 9, требуемых изделиями составов, содержащим таблицу металлических проволок 9 различного химического состава и диаметра и машиносчитываемую инструкцию по составлению из них рецептур сплавов, составляет рецептуру сплава изделия из соответствующих количеств выбранных металлических проволок 9 для получения из них объемного изделия с требуемым соотношением массовых долей металлов.
Созданную ЗD-модель изделия загружают в компьютер через сетевой интерфейс или переносной носитель. Размещают подложку (не показана) на рабочем столе 2, заправляют в механизмы подачи 17 металлические проволоки 9, выбранные для получения из них объемного изделия с требуемым соотношением массовых долей металлов, и запускают процесс печати изделия.
Системой подачи 8, ее механизмами подачи 17 и направляющими трубками 23 с бабин 18 одновременно подают заданные рецептурой сплава изделия металлические проволоки 9 в соответствующие им отверстия 15 неподвижного ножа 14. Придают вращение фокусирующему объективу 7 приводом 11, и измельчают металлические проволоки 9 узлом резки 12, содержащим неподвижный нож 14 и ножевой элемент 23, установленный на фокусирующем объективе. Отрезки металлических проволок 9 через кольцевой зазор, образованным насадкой 13 и фокусирующим объективом 7, подают в зону обработки.
Одновременно генерируемый источником лазерного излучения 4 лазерный луч (показан стрелками) направляется в телескопическую систему 10, которая осуществляет коллимацию лазерного луча.
Полученный лазерный луч или соосно (фиг. 2 и фиг. 4) или поворотным зеркалом 30 (фиг. 6) направляют через фокусирующий объектив 7 в зону обработки, и сфокусированным лазерным лучом расплавляют отрезки металлических проволок 9 и формируют из их расплава объемные изделия слоями на подложке (не показана), размещенной на рабочем столе 2 в соответствии с 3D-моделью изделия.
Для получения площади зоны наплавки различной ширины, поворотному зеркалу 30, придают угловое перемещение относительно оптической оси фокусирующего объектива 7, и осуществляют наплавку отрезков металлических проволок 9 в режиме сканирующего лазерного луча посредством его перемещения поворотным зеркалом 30 по поверхности обработки.
При послойной печати объемных изделий однородного химического состава используют металлическими проволоками 9 одного химического состава и диаметра.
При послойной печати объемных изделий металлическими проволоками 9 разной тугоплавкости используют проволоки 9 различного диаметра, при этом диаметр более легкоплавкой проволоки 9 выбирают больше диаметра тугоплавкой проволоки 9, что позволяет уменьшить мощность энергетического луча, которая нужна для наплавки отрезков проволок, а также уменьшить зону термического влияния в точке контакта отрезков проволок и наплавляемой поверхностью, снизить потери материала.
Послойную печать изделий осуществляют металлическими проволоками 9 различного требуемого изделием состава, диаметром от 0,1 до 1,2 мм.
Использование металлическими проволок, диаметр которых составляет от 0,1 до 1,2 мм, обеспечивает интенсивное и полное расплавление отрезков металлических проволок 9 из различных черных и цветных металлов и позволяет регулировать толщину слоя изделия.
Изготовление объемных изделий, в зависимости от технологических задач и марки металлических проволок, осуществляют или в герметичной камере в защитной среде из инертных газов или в среде атмосферного воздуха.
При изготовлении изделий в среде атмосферного воздуха в зону обработки средством подачи защитного газа в зону обработки (фиг. 4) или средством подачи защитного газа в зону обработки (фиг. 6) подают защитный газ. Аналогично осуществляю наплавку металлических покрытий на детали.
Предлагаемое устройство позволяет высокопроизводительно и качественно изготавливать из различных марок металлических проволок объемные изделия с заданными физико-механическими свойствами и химическим составом, а также позволяет повысить качество покрытия, снизить потери материала, трудозатраты и энергозатраты.
Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующих технологий производства.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».