БУНКЕР УСТРОЙСТВА СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к элементам устройств для производства трехмерных изделий с применением технологии послойного лазерного спекания порошковых материалов, в частности к устройству бункеров подачи порошка и бункеров формирования изделия.
Известно устройство получения изделия из порошкообразных материалов селективным лазерным спеканием, содержащее бункер подачи порошка и рабочий бункер формирования изделия, с размещенным внутри них перемещаемым поршнем, разравнивающий нож и оптическую лазерную систему спекания порошка.
(RU 2550475 C1, B22F 3/105, В23К 26/00, опубликовано 10.05.2015)
Известно устройство получения изделия из порошкообразных материалов селективным лазерным спеканием, содержащее бункер подачи порошка и рабочий бункер формирования изделия, на внутренние поверхности которых, контактирующие с порошком и уплотнением поршня, нанесено твердое износостойкое покрытие, выбранное из группы: анодирование, твердое анодирование.
Наиболее близким по технической сущности является бункер устройства селективного лазерного плавления (бункер подачи порошка или бункер формирования изделия), установленный на нижней плоскости высокоточной плиты и выполненный в форме «колодца» (трубы) с сечением, повторяющем форму сквозного отверстия в высокоточной плите для движения внутри высокоточной плиты и бункере поршня, совершающего возвратно-поступательные перемещения.
(RU 152433 U1, B22F 3/105, опубликовано 27.05.2015)
Недостатком известных технических решений является абразивное истирания стенок бункера (подачи порошка или формирования изделия), за счет движения частиц порошка в областях контактов «стенка бункера-поршень» и «высокоточная плита-бункер», вследствие чего возможно снижение долговечности устройства в целом. Кроме того, торцевое соединение «высокоточная плита-бункер» ведет к неравномерному распределению температурного поля за счет неравномерного оттока тепла через плиту и стенки бункера, вследствие чего есть вероятность нарушения геометрических форм производимого изделия (особенно тонкостенного).
Технический результат заявленной полезной модели заключается в снижении величины абразивного изнашивания стенок бункера, а также в снижении теплопроводности внутренней поверхности бункера и повышении однородности температурного поля.
Поставленный технический результат достигается тем, что бункер устройства селективного лазерного плавления выполнен в форме колодца и соединен с высокоточной плитой, при этом он снабжен в верхней части фланцем, размещенным в высокоточной плите заподлицо с ее верхней плоскостью, причем внутренняя поверхность бункера и поверхность фланца снабжены покрытием толщиной 100-400 мкм, полученным методом микродугового анодирования.
Бункер по полезной модели можно проиллюстрировать примером с использованием фиг. 1, где:
1′, 1 - бункер устройства селективного лазерного плавления (подачи порошка или формирования изделия);
2 - покрытие;
3 - высокоточная плита;
4 - порошок;
5 - поршень;
6 - уплотнение поршня;
7 - шток поршня;
8 - держатель ракеля;
9 - нож ракеля;
10 - формируемое изделие.
Устройство селективного лазерного плавления включает высокоточную плиту 3, а также бункер подачи порошка 1′ и бункер формирования изделия 1, которые выполнены в виде вертикально расположенных труб, параллельных между собой. Трубы преимущественно выполнены круглого или прямоугольного сечения. При этом углы прямоугольного сечения могут быть выполнены с радиусами скругления в пределах от 10 мм до 30 мм.
Внутри трубы с использованием привода (не показано) соединенным со штоком 7 перемещают поршень 5, снабженным уплотняющим элементом 6. Уплотнение 6 обеспечивает герметичность при возвратно-поступательном движении поршня.
Поршень 5 могут быть выполнен из металлического сплава или пластика. Уплотнение 6 преимущественно выполнено в виде эластичного шнура круглого или прямоугольного сечения, расположенного по периметру поршня 5.
Бункер 1, 1′ в верхней части снабжен фланцем, размещенным в высокоточной плите заподлицо с ее верхней плоскостью, что обеспечивает плавность хода ножа ракеля 9, размещенного в держателе 8, соединенным с кареткой устройств (не показано), обеспечивающей перемещение ножа ракеля 9 по поверхности высокоточной плиты 3. Кроме того, использование фланца обеспечивает простоту замены бункера в случае необходимости.
Внутренняя поверхность фланца и поверхность бункера снабжены покрытием 2 толщиной 100-400 мкм, полученным методом микродугового анодирования. При использовании метода микродугового анодирования на поверхности детали формируется высокотвердое и износостойкое термозащитное покрытия 2. Кроме того, при микродуговом анодировании возможно сформировать покрытие большой толщины (до 400 мкм и выше), что дает возможность использования механической обработки (лезвийной обработки) для удаления верхней, более пористой части сформированного покрытия, и полировку рабочей поверхности с высоким классом чистоты (до Ra1).
a
k
a
k
Для формирования износостойкого твердого покрытия допустимо использовать известные способы микродугового анодирования, например, в щелочном растворе силиката натрия при различных режимах (анодном, анодно-катодном). При этом в процессе микродугового анодирования амплитуда анодного и катодного напряжения преимущественно находится в пределах от 800 В до 1200 В. При анодировании в импульсном анодно-катодном режиме частота напряжения находится в пределах от 200 Гц до 400 Гц при соотношении анодного тока (I) и катодного тока (I) преимущественно l>I/I>l. На поверхность изделия, которая не требует нанесения покрытия, наносят слой изолятора.
После процесса микродугового анодирования изделие вынимают из электролита, промывают в проточной воде и сушат.
Далее рабочая поверхность бункера механически шлифуют и полируют до значений шероховатости Ra0,8.
Полученные характеристики поверхности бункера приведены в таблице.
Над верхней поверхности поршня бункера подачи порошка 1′ размещают порошок, а над верхней поверхностью поршня бункер формирования изделия 1 - платформу построения с изделием 10. В качестве порошка может быть использован металлический или металло-керамический порошковый материал с размером частиц от 10 мкм до 100 мкм.
Устройство также содержит формирователь лазерного излучения (не показан), который включает лазерный излучатель, фокусирующие линзы и подвижное зеркало, выполненное с возможностью изменения направления отражения лазерного луча в рабочую камеру, который падает на платформу построения.
Устройство селективного лазерного плавления с бункером по полезной модели работает следующим образом.
На поверхность поршня 5 бункера 1′, который опущен в нижнее положение, загружают порошок. Перед началом процесса поршень бункера 1 поднимают в крайнее верхнее положение и на него устанавливают платформу построения. Затем поршень бункера 1 при помощи привода ии штока опускают на величину толщины слоя порошка, а поршень бункера 1′ при помощи привода и штока 7 поднимают на величину толщины слоя порошка. После этого ножом 9 ракеля порошок перемещают из бункера 1′ в бункера 1 и равномерно распределяют на платформу построения. Затем формирователем лазерного излучения селективно плавит порошок в требуемых зонах, формируя слой изделия 10 в рабочей камере.
Далее описанный выше процесс повторяется многократно. Изделие 10 формируют наращиванием новых слоев материала порошка на уже сплавленные, формируя монолитное тело изделия заданной формы и размеров.
В процессе наращиванием новых слоев происходит значительное выделение тепла и очень важно, чтобы температура самого изделия 10 и температурного поля вокруг него было равномерным. При интенсивном оттоке тепла через стенки бункера тепловой поток существенно не равномерен. Это может привести к деформации деталей, особенно тонкостенных, со сложными геометрическими формами. Нанесение покрытия методом микродугового анодирования толщиной 100-400 мкм обеспечивает снижении величины абразивного изнашивания фланца и стенок бункера, а также в снижении теплопроводности внутренней поверхности бункера и повышении однородности температурного поля.
Таким образом, полезная модель обеспечивает достижение поставленного технического результата: снижение величины абразивного изнашивания стенок бункера, а также в снижении теплопроводности внутренней поверхности бункера и повышении однородности температурного поля.