Устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов
DEVICE FOR SELECTIVE LASER MELTING OF POWDER MATERIALS

Изобретение относится к области лазерных аддитивных технологий и предназначено для получения изделий, за счет подогрева в нагреваемой рабочей камере подложки и материалов, которые склонны к растрескиванию во время лазерной обработки.
Известно устройство для получения изделий из хрупких порошковых материалов, выполненное с нагреваемыми индукционными токами верхними слоями изделия, передающей свое тепло получаемому изделию (Патент США №US10464170B2, опубл. 05.11.2019 г.).
Недостатком данного устройства является большая трудоемкость изготовления нагревательной системы, возможность нагрева только тех материалов, которые индуцируются переменным магнитным полем, техническая сложность и малый КПД.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для селективного лазерного плавления (СЛП) порошковых материалов, содержащее пространственную раму, установленные в ней источник лазерного излучения, связанный с последним узел передачи лазерного излучения к сканатору, бункер и нагреваемую рабочую камеру, открытый конец которой выполнен с возможностью подачи порошкового материала из бункера с помощью разравнивающего ножа, установленного на линейном приводе разравнивания, при этом нагреваемая рабочая камера выполнена с механизмом опускания изготавливаемой заготовки (https://aconity3d.com/products/aconity-one/).
Недостатком известного устройства, в том числе технической проблемой, является ограниченный диапазон обрабатываемых порошковых материалов.
В основу заявленного изобретения был положен технический результат - расширение эксплуатационных возможностей за счет повышения максимальной температуры подогрева, обеспечивающего расширение диапазона обрабатываемых порошковых материалов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для селективного лазерного плавления порошковых материалов, содержащем пространственную раму, установленные в ней источник лазерного излучения, связанный с последним узел передачи лазерного излучения к сканатору, бункер и нагреваемую рабочую камеру, открытый конец которой выполнен с возможностью подачи порошкового материала из бункера с помощью разравнивающего ножа, установленного на линейном приводе разравнивания, при этом нагреваемая рабочая камера выполнена с механизмом опускания изготавливаемой заготовки, имеет корпус нагреваемой рабочей камеры, выполненный из кварцевого стекла, а устройство снабжено нагревательным элементом в виде никель-хромовой нити, намотанной на корпус нагреваемой рабочей камеры, и охватывающим их теплоизолятором.
Изобретение поясняется графическим изображением.
На Фиг. 1 схематично изображено устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов.
Устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов, содержит пространственную раму 1, установленные в ней источник лазерного излучения 2, связанный с последним узел передачи лазерного излучения 3 к сканатору 4, бункер 5 и нагреваемую рабочую камеру 6, открытый конец которой выполнен с возможностью подачи порошкового материала 7 из бункера 8 с помощью разравнивающего ножа 9, установленного на линейном приводе разравнивания 10, при этом нагреваемая рабочая камера 6 выполнена с механизмом опускания изготавливаемой заготовки 11, в заявленном устройстве корпус нагреваемой рабочей камеры 6 выполнен из кварцевого стекла, а устройство снабжено нагревательным элементом в виде никель-хромовой нити 12, намотанной на корпус нагреваемой рабочей камеры, и охватывающим их теплоизолятором 13.
Устройство для селективного лазерного плавления порошковых материалов работает следующим образом.
Перед изготовлением детали селективным лазерным плавлением в бункер 8 засыпают порошковый материал 7, а в нагреваемую рабочую камеру 6 устанавливают подложку для послойного получения изделия. Порошок из бункера 5 подается на открытый конец нагреваемой рабочей камеры, после чего разравнивается с помощью разравнивающего ножа 9, который приводится в движение линейным приводом разравнивания 10. Затем выставляется необходимая температура нагреваемой рабочей камеры 6 и включается нагревательный элемент в виде никель-хромовой нити 12. Остальные части устройства защищаются от нежелательного термического влияния теплоизолятором 13. После нагрева до заданной температуры включается источник лазерного излучения 2, сканатор 4, связанный с источником лазерного излучения 2 узел передачи лазерного излучения 3. Затем источник лазерного излучения 2 переходит в режим эмиссии и в это время сканатор 4 отклоняется лазерный луч в соответствии с заданной программой обработки, после завершения обработки слоя, заготовка опускается с помощью механизма опускания изготавливаемой заготовки 11.
Использование в данном устройстве нагревателя в виде никель-хромовой нити позволяет упростить конструкцию по сравнению с устройствами с индукционными нагревателями, которые сложнее в разработке и изготовлении, а как следствие, требуют высококвалифицированного персонала для их разработки и эксплуатации. Повышение температуры предварительного подогрева, достигаемое за счет изменение типа нагревателя позволяет обрабатывать больший диапазон порошковых материалов, так как склонность к растрескиванию таких материалов объясняется термоударом из-за локализованного нагрева лазером. При повышении температуры предварительного подогрева градиент температур во время лазерной обработки будет снижаться, как следствие, материал, которому нужна высокая температура предварительного подогрева перестанет растрескиваться.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - упрощение конструкции нагреваемой рабочей камеры и повышение максимальной температуры предварительного подогрева за счет изменения типа нагревателя с индукционного на нагрев с помощью эклектического тока, проходящего через никель-хромовую нить накала.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для осуществления процесса селективного лазерного плавления хрупких порошковых материалов без растрескивания материала за счет предварительного подогрева обрабатываемого материала.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.