Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы послойного выращивания объемных изделий . 10
1.2. Аддитивное производство 10
1.2.1. Лазерная cтереолитография 10
1.2.2. Нанесение термопластов 12
1.2.3. Моделирование при помощи склейки 14
1.2.4. Метод литья порошкового металла под давлением 15
1.2.5. Коаксиальное лазерное плавление 17
1.2.6. Селективное лазерное спекание / плавление 19
Выводы по Главе 1 23
Глава 2. Особенности процесса селективного лазерного плавления 25
2.1. Твердофазное спекание 25
2.2. Жидкофазное спекание 26
2.3. Полное переплавление 28
2.4. Жидкая ванна 30
2.4.1. Поверхностное натяжение 30
2.4.2. Вязкость 31
2.4.3. Смачиваемость 32
2.4.4. Нестабильность цилиндра вязкой жидкости 33
2.4.5. Термокапиллярные эффекты 35
2.5. Испарение 37
2.6. Окисление 37
2.7. Материалы 38
Выводы по Главе 2 43
Глава 3. Оборудование для осуществления процесса селективного лазерного плавления металлических порошков 44
3.1. Обзор конструкции установок для селективного лазерного плавления 44
3.1.1. Источник лазерного излучения 45
3.1.2.Оптическая система 47
3.1.3. Зона обработки 53
3.1.4. Система доставки и разравнивания порошка 54
3.1.5. Герметичная камера 56
3.1.6. Сенсоры и датчики 62
3.1.7. Программное обеспечение и автоматизация 63
Выводы по Главе 3 65
Глава 4. Модель оценки деформаций и напряжений 67
4.1. Обзор существующих моделей 67
4.2. Выбор подхода моделирования 71
4.2.1. Моделирование единичной дорожки 71
4.2.2. Напряжения и деформации изделия 74
4.3. Начальные деформации 75
Глава 5. Выращивание изделия методом селективного лазерного плавления 98
5.1. Постановка задачи, описание оборудования 98
5.2. Порошковый материал 98
5.3. Формирование одиночной сплавленной дорожки 100
5.4. Формирование однослойных и многослойных образцов 102
5.5. Оптимизация стратегии выращивания 107
5.6. Построение подпорок 108
5.7. Испытания на прочность 109
5.8. Выращивание изделия 112
5.8.1. Проектирование компьютерной модели 112
5.8.2. Подготовка компьютерной модели к выращиванию 113
Выводы по Главе 5 119
Общие выводы 120
Список литературы 121
- Селективное лазерное спекание / плавление
- Герметичная камера
- Начальные деформации
- Подготовка компьютерной модели к выращиванию
Селективное лазерное спекание / плавление
Метод селективного лазерного плавления и спекания (СЛП, СЛС) (SLM -Selective Laser Melting, SLS - Selective Laser Sintering) очень похож на стереолитографию, поскольку реализуется практически аналогично. Однако возможность использования металлических и керамических порошков позволяют изготовлять не только прототипы, но и готовые изделия.
Методика предложена и запатентована впервые Карлом Декардом (Carl Deckard) в 1989 [20]. Разработки легли в основу установок, в настоящее время производимых фирмой 3D-Systems (США). Осознав возможности метода, практически одновременно различные фирмы приступают к разработке подобной технологии и установки, позволявшей работать с металлическим порошком. В 1995 году институт Фраунгофера (Fraunhofer Institute ILT, Германия) патентует технологию SLM (Selective Laser Melting). Компания EOS (Electro Optical Systems,Германия) патентует технологию DMLS (Direct Metal Laser Sintering).
В рабочей герметичной камере порошок предварительно подогревается до определенной температуры, которая зависит от используемого материала и режимов обработки.
CAD-модель будущей детали разбивается на сечения определенной толщины, которая определяется требованиями к точности и производительности процесса. Выбирается оптимальное расположение детали или нескольких деталей на подложке. СХма процесса СЛП показана на Рис. 1.4. Подложка рабочей камеры опускается на величину, несколько большую толщины слоя модели, для нивелирования процесса усадки порошка. Подложка бункера с порошком поднимается.
Порошок переносится и разравнивается валиком (для неметаллических материалов) или ножом (для металлических материалов) по поверхности зоны обработки и избирательно спекается или сплавляется, согласно первому слою модели. Эта операция повторяется до получения готового изделия. По окончании процесса излишки порошка удаляются специальным пылесосом, а модель извлекается из камеры и помещается в печь, где выдерживается в течение 4 часов при температуре порядка 450С.
Для данного процесса существует несколько названий, предложенных различными фирмами с целью подчеркнуть его уникальность: Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS). В отличие от остальных, в процессе SLS подразумевается не полное плавление порошка, приводящее к его спеканию. Однако, так как различие в параметрах процессов заключается в разности погонных мощностных характеристик, технологии с полным и неполным плавлением порошка, в зависимости от требований к качеству, геометрическим параметрам, назначения изделия, осуществимы на одной установке, и элементы аббревиатур перестали нести принципиальный смысл.
Неиспользованный порошок можно использовать повторно.
Медленное остывание порошкового объема предотвращает от значительных деформаций формы изделия. В герметичную камеру подается инертный газ – азот или аргон, чтобы избежать окисления при нагреве порошков. Изменение порошкового материала требует чистки всей камеры.
В технологии SLМ применяются лазеры большой мощности. CO2– лазеры используют для пластиков, волоконные – для металлов. Для керамики могут быть использованы оба типа лазера в зависимости от химического состава.
Производители в самых современных установках довели уровень мощности излучения до 1 кВт. (X-line 2000R фирмы ConceptLaser, Германия; EOSINT M400 фирмы EOS, Германия). Это дает значительный прирост производительности.
В основном SLM-машины используют однокомпонентные порошки. Однако можно работать и с многокомпонентными порошками. Они могут представлять собой смесь порошков, либо порошинки более тугоплавкого материала с легкоплавкой оболочкой. В порошках такого типа, лазерное излучение расплавляет оболочку, заполняющую пространство между частицами, скрепляя их. Хотя у современных установок широкие возможности, использование одного бункера с порошком не позволяет выстраивать градиентные структуры или композиции с переменным размером слоев разного состава. Также существуют значительные ограничения по форме и размеру порошинок – идеально круглая форма и размер в пределах 20-100 мкм. Эти ограничения сказываются на цене порошков. Производители SLM-установок, стремясь удержать занятую нишу, ограничивают использование порошков других компаний на своей установке. Такая необходимость повышает стоимость и без того недешёвых порошковых смесей.
Таким образом, несмотря на все преимущества и востребованность данной технологии в отечественной промышленности, её внедрение очень затруднено ограничениями, которые накладывают зарубежные компании.
На современном этапе развития производства актуальной задачей становится постоянное и скорейшее внедрение новой техники и технологий в промышленность. Следует учитывать, что постепенно отпадает необходимость в большом количестве изделий одного типа. Сокращаются объемы партий, увеличивается их разнообразие. Меняются геометрия, размеры, материалы изделий. Следовательно, необходимо переналаживать оборудование под модифицированные изделия намного чаще. Традиционные методы производства не выдерживают темпов постоянных перемен.
Методы быстрого прототипирования предлагают решение возникшей проблемы, сокращая сроки подготовки производства к выпуску новой продукции. Большое количество различных используемых материалов, широкий спектр свойств изделий, оттачивание и совершенствование промышленных установок позволяет качественно поднять уровень производства. Внедрение RP-технологий за рубежом идет полным ходом, что подтверждает их эффективность.
Немаловажной задачей рассмотренной выше проблемы является скорейший выпуск готовых изделий, а не их прототипов, в промышленном масштабе. Известно, что металл по сей день остается одним из самых используемым материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, во многих отраслях металлы и их сплавы являются незаменимыми. Было показано, что не так много методов быстрого прототипирования имеют дело с металлами. А технология выращивания деталей методом селективного лазерного спекания или плавления явно выделяются среди остальных.
Основным преимуществом перед КЛП, и ему подобными технологиями – нахождение выращиваемой детали в объеме порошка, нагретого до температур, несколько ниже температуры плавления. Равномерное и медленное остывание детали значительно уменьшает деформацию. Скорость выращивания значительно выше, при этом точность и качество модели сохраняется на высоком уровне. Переналадка такой установки на изготовление новой продукции не составляет никаких проблем. И если нет необходимости смены материала, то все изменения происходят лишь на программном уровне. Процессу смены материала в современных установках уделено много внимания, с целью сократить необходимое время.
Герметичная камера
При аддитивном производстве очень важным условием является создание защитной среды, предотвращающей процессы окисление порошковых материалов. В качестве защитного газа применяют аргон, азот или гелий. Однако использование азота при обработке таких материалов, как алюминий и титан может привести к образованию нитридов AlN и TiN, которые негативно сказываются на пластичности материала.
Рабочие элементы установки помещают в герметичную камеру, из которой откачивают воздух перед процессом и заполняют защитным газом. Значение давления в различных установках составляет от 1,5 до 8 бар. В ходе выращивания изделия также осуществляется циркуляция газа. Поток азота или аргона уносит испаренные или подплавленные частицы порошка из зоны обработки. Расход газа составляет около 30 л/ч. [135] [136] [137].
Была разработана и изготовлена герметичная камера, предназначенная для создания и поддержания инертной среды в рабочей зоне. На этапе проектирования была заложена возможность откачки камеры до среднего вакуума (рабочее давление 103 Па, предельное давление 10 Па), что накладывает дополнительные требования при проектировании. Было принято решение спроектировать тонкостенную конструкцию с оребрением. Такая компоновка обладает рядом преимуществ, например, меньший расход материала, сниженный вес, но требует проработки и расчета конфигурации ребер. Проведены расчеты, для выбора типа и расположения ребер жесткости.
Расчет показал, что при первом варианте оребрения напряжения превышали 150 МПа, а перемещения достигали 0,7 мм, что является недопустимым (Рис. 3.7.). Результаты расчета финального варианта методом конечных элементов в среде Comsol, приведены на рис. 19. В сравнении с первоначальным вариантом расположения ребер максимальные перемещения стали меньше на 130%, максимальные напряжения меньше на 55 %, что является удовлетворительным результатом.
В результате расчетов был выбран оптимальный вариант по соотношению технологичности и прочности, который представляет внутреннюю (герметичную) и внешнюю (усилительную) оболочки, соединенные оребрением.
При этом лицевая часть полностью открывается (дверь со смотровым окном), а задняя представляет съемную панель, что обеспечивает удобный доступ к внутренним элементам системы при сборке, работе и обслуживании. В местах прилегания уплотнений задней и лицевой панелей вварены усиленные ребра. Модель основания герметичной камеры представлена ниже на рисунке: - внешняя оболочка, 2 - внутренняя оболочка, 3 - присоединительные фланцы KF40, 4 - ребра жесткости, 5 - крепежные отверстия.
Проработана интеграция узлов установки с герметичной камерой.
Проработано крепление кинематической системы с дном камеры.
Предусмотрены фланцы для крепления герметичных электрических вводов (коммутация сигнальных и силовых проводов сканатора двигателей и освещения), гибкого волокна лазерного излучателя (с учетом установки и герметизации неразборного коллиматора) и фланцев вакуумной системы.
Внешние габаритные размеры (длина/ширина/высота), мм: 553/310/515.
Внутреннее пространство (длина/ширина/высота),мм: 500/310/460.
Система откачки должна обеспечить предварительное разрежение рабочего объема и последующее заполнение инертным газом. Для этого была выбрана схема, представленная на Рис. 3.8.
Рабочий объем откачивается насосом (NI) при открытом клапане (VE1). Через натекатель (VE2) производится подача инертного газа. Регулируя скважность открытия клапанов, включение насоса и входное давление инертного газа, можно подобрать различные режимы в рабочем объеме.
Предельное давление выбранного пластинчатороторного насоса (Busch SV1016C) составляет 1,5 102 мбар, диаграмма скорости откачки приведена на Рис. 3.9.
Из диаграммы следует, что откачка до давления 200 мбар, для камеры объемом 0,075 м3, будет проводиться около 1,5 минут. Внешний вид насоса представлен на Рис. 3.10.
Для насоса был спроектирован переходной штуцер, под стандартный разъем (KF 25) для присоединения откачной магистрали. Исполнительные устройства вакуумной системы подключаются к релейному блоку САУ установки.
Выбранные стандартные вакуумные компоненты, герметичные разъемы, для ввода в рабочий объем сигналов управления и питания, позволяют гибко конфигурировать схему при сборке, наладке и поиске рабочих режимов.
Уплотнения двери камеры, задней стенки и окна имеют нестандартные габариты, для их изготовления применялся силиконовый шнур, который склеивался специально подобранным силиконовым герметиком. Откачка газа из объема камеры насосом осуществляется через вакуумный угловой электромагнитный клапан с присоединительным фланцем KF 25. Клапан имеет сильфонное уплотнение.
Корпус выполнен из нержавеющей стали. Напряжение питания 220В, 50 Гц. Мощность 300 Вт. Рабочий газ поступает в камеру через напускной клапан (натекатель) в стальном корпусе, с присоединительным фланцем KF16. Натекатель имеет входной штуцер, для подсоединения гибкого шланга от системы подачи инертного газа. В камере установлен вакуумный датчик модели VSC43MA4. Предназначен для измерения абсолютного давления в диапазоне низкого вакуума. Износостойкий керамический датчик практически не подвержен воздействию грязи. Имеет присоединительный фланец KF16 и внутреннюю резьбу G1/4.
Выбранная арматура унифицирована, имеет три основных типа присоединительных фланцев. Для основной откачной магистрали применяется KF25. Датчик и натекатель присоединяются с помощью KF16. Фланцы под герметичные токовводы имеют тип KF40. Для соединения разных диаметров предусмотрены стандартные переходники. Для коммутации, использованы быстросъемные хомуты и разрезные кольца. В системе использованы стандартные кольцевые уплотнения круглого сечения.
В процессе выращивания в детали возникают внутренние напряжения, наличие и величина которых зависит от геометрии изделия, режима обработки и свойств самого материала, фазовых и структурных превращений. При значительных внутренних напряжениях могут образовываться микро- и макротрещины, возникать коробления.
Использование нагревательных элементов в конструкции камеры, располагая их под подложкой выращивания или вокруг бункера с порошком, позволяет частично уменьшить негативное влияние выше упомянутых факторов. При нагреве порошка также испаряется адсорбированная порошком влага, приводящая к окислению материала, и в целом негативно сказывающаяся на процессе СЛП.
Начальные деформации
Термин начальных или собственных деформаций был предложен при решении задач сварки. Начальные деформации свидетельствуют о наличии постоянных деформаций, возникающих в материале из-за некоторых неупругих процессов, таких как деформация теплового расширения, фазовых превращений, несоответствие между различными частями сборки. Таким образом, она учитывает все постоянные напряжения, возникающие в материале, проявляющем неупругое поведение и порождающие остаточные напряжения, но не является просто суммой различных нелинейных напряжений.
Рассмотрим элементарный объем тела:
В процессе СЛП материал подвергается значительным циклам нагрева и охлаждения, при которых результирующее изменение температуры приводит к деформациям, связанным с тепловым расширением:
Это уравнение термической деформации, которое состоит из двух компонентов. Первый - коэффициент теплового расширения а. Второй -разница температур ЛТ = Т - Т0. Для большинства материалов коэффициент теплового расширения зависит от температуры. И температурная зависимость делает модель теплового расширения нелинейной. Механизм теплового расширения, описанный здесь, принимается линейным и анизотропным.
Для описания дифференциального уравнения можно использовать две формулировки, сильную формулировку и слабую формулировку. Разница между сильной и слабой заключается в том, что сильная формулировка описывает условия в каждой материальной точке, а слабая описывает это в усредненном или интегральном виде. В методе конечных элементов используется слабая формулировка, так как интегральное выражение может описать проблему в масштабах конечного элемента.
На Рис. 4.3 дан схематический обзор механической краевой задачи и её решения. На рис. 30 описывается область и ее граница Г. Части границы Г1 и Г4 содержат свободное от опор граничное условие - краевое условие Неймана. Часть границы Г2 и Г3 фиксированные, смещения отсутствуют. К области прикладывается термическое напряжение. Это определяет значения механической краевой задачи следующим образом: где первое уравнение описывает равновесие в области. Второе уравнение -граничное условие отсутствия смещения (Дирихле) границ Г2 и Г3. Третья строка описывает граничное условие, свободное от опоры на Г1 и Г4. Четвертая строка представляет эквивалентную силу для термических напряжений, которые определены в области . В пятой строке показано тензорное выражение закона Гука, описывающая связь между напряжением и деформацией. Тензор С является тензором четвертого порядка, который содержит константы материалов, например модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
Метод начальных деформаций предназначен для оценки остаточных напряжения и деформаций в изделии, выращенном методом селективного лазерного плавления.
Зона термического воздействия лазерного луча на материал несравнимо мала с общим размером изделия. Очевидно, что напряжения и деформации возникают по мере нагрева и остывания незначительных участков изделия, и их последовательный учет для выявления поля напряжений и деформаций для всей детали целиком является затратной и сложной задачей. Однако если рассмотреть некую конечную макро область выращенного изделия, можно обратить внимание, что её трудно отличить от соседних идентичных зон, так как процессы нагрева и охлаждения проходили в них примерно одинаково. Можно предположить, что усредненное значение деформаций в определенной макро области тела изделия будет одинаковым по всему объему изделия после остывания. Общие деформации будут зависеть от граничных условий каждого рассматриваемого макро объема. Так как в интересующий момент времени предполагается, что слой уже остыл, всё сводится к решению механической упругой задаче, что значительно сокращает объемы расчетов. Таким образом, если определить значение начальных деформаций в некоторой базовой детали, можно симулировать процесс возникновения напряжений и деформаций изделия любой геометрии в процессе выращивания, послойно прикладывая начальные деформации.
Для определения поля напряжений и деформаций вводится базовая деталь.
Она представляет собой консольную балку прямоугольного сечения, закрепленную при выращивании с двух концов. Для технической реализации процесса выращивания, балка располагается на подпорках.
Закладываемые три значения начальных деформаций определяются решением трех одноосных упругих задач (x, y и z) Эти величины безразмерные и определены в локальной системе координат в трех направлениях (X, Y и Z). Предполагается, что начальные деформации всегда отрицательны в виду того что они представляют напряжения сжатия от усадки при остывании. Термическая история уже учтена в начальных деформациях. Таким образом, можно использовать свойства материала, при комнатной температуре (чисто механически вычисление). Начальные деформации зависят от свойств материала и параметров процесса. Следовательно, в них заложена полная история процесса.
Калибровочные образцы, используемые для получения значений x, y и z на основе обратного инжиниринга. Поскольку множество слоев выращенного материала рассматриваются одновременно в одном слое конечных элементов, усредненные значения x, y и z суммируют влияние параметров процесса (начальный угол, угол поворота, толщина слоя) и стратегию сканирования.
Для калибровки значений начальных деформаций по трем осям используются три консольных балки. Они расположены под углами 0, 45 и 90 . Размеры и положение балок фиксированное (Рис. 4.4).
После выращивания данных образцов, необходимо срезать зубья от платформы, оставив одну из частей на платформе (Рис. 4.5). Высота отреза должна совпадать в эксперименте и расчете.
Следующим шагом измеряется максимальное отклонение zi,эксп каждой выращенной консольной балки в центре.
Далее происходит подбор значений начальных деформаций, и решается послойная упругая задача для каждой балки. Начальные деформации прикладываются ко всему слою целиком, с учетом граничных условий связи с подложкой и предыдущими слоями. После симуляции выращивания граничные условия у подложки выращивания меняются, имитируя отрезание подпорок.
При калибровке используется метод наименьших квадратов для оптимизации результатов. Поэтому решается следующая задача минимизации: где zi,расч – расчетное значение изгиба балки, zi,эксп - измеренное значение изгиба выращенной балки. Отклонение zi,эксп сравнивается с zi,эксп. Если ошибка расчета оказалось слишком большой, подставляются другие значения начальных напряжений, расчет производится заново. За определенное количество итераций подбираются такие значения начальных деформаций, при которых разница значений zi,эксп и zi,эксп не выходит за допустимую ошибку. Эти значения используются для построения слоев любой детали с применением метода конечных элементов.
Фактически МКЭ позволяет решать дифференциальные уравнения, заменяя их системой линейных алгебраических уравнений, что с одной стороны облегчает нахождение решения и кроме этого позволяет решать задачи практически любой сложности.
Моделируемое тело разбивается на множество конечныех объектов заданного размера. Полученное таким образом множество называют сеткой конечных элементов. Узлы КЭ соединены между собой неразрывно (Рис. 4.6).
Для каждого элемента задается аппроксимирующий полином. В случае трехмерной задачи теории упругости три компоненты перемещения аппроксимируются внутри элемента соотношениями:
В том случае, когда задача решается в перемещениях, чьи значения заданы на границе, необходимо потенциальную работу системы свести к минимуму. Полную потенциальную энергию упругой системы можно разделить на две части. Первая часть соответствует энергии деформаций в теле, вторая определяется потенциальной энергией массовых сил и приложенных поверхностных сил. В процессе минимизации получаются интегралы, которые входят в уравнения для элементов [156]:
Подготовка компьютерной модели к выращиванию
Прежде чем разбивать деталь на слои, назначать подпорки и отправлять модель на выращивания следует правильным образом выбрать ориентацию и положение детали на подложке построения. Существуют определенные рекомендации [168] [169]на этот счет, связанные с принципиальными ограничениями технологии. Нужно учитывать основные моменты, влияющие на экономические показатели процесса:
1. Время выращивания
2. Качество поверхности
3. Время последующей обработки, в том числе на удаление подпорок
4. Термическая неоднородность, приводящая к деформациям и напряжениям
Стоит учитывать угол наклона поверхностей детали к подложке. Это сказывается как на качестве боковых поверхностей, так и на необходимости в подпорках. При малых углах (Рис. 5.9.) значительная часть последующего слоя формируется на порошке, а не на предыдущем слое. Условия теплопереноса меняются, что приводит к закручиванию данных участков, проплавлению на большую глубину с формированием некачественной структуры. Закручивание может происходить вверх и вниз. В ряде случаев это скажется лишь на качестве данных участков, но чаще всего деформирует деталь так, что не позволяет растить деталь дальше. В случае отверстий, не во всех случаях существует необходимость в подпорках. В зависимости от режимов, без подпорок можно обойтись в случае круглых отверстий диаметром до 15 мм.
Выращиваемое изделие имеет взаимно перпендикулярные плоские грани, составляющие большую часть площади поверхности изделия. При формировании подпорок следует ориентироваться в первую очередь на эти грани. Для того, чтобы избежать ступенек из слоев, имеет смысл расположить изделие таким образом, чтобы грани были строго параллельны или строго перпендикулярны поверхности подложки выращивания (плоскость XY). Изделие имеет одну плоскость симметрии. Следовательно, его можно расположить пятью различными способами относительно подложки (Рис. 5.10). Подпорки выделены синим цветом. Высота подпорок до самой нижней части детали составляет 3 мм. Можно отметить, что во всех случаях неизбежны подпорки во внутренних полостях изделия.
Но доступ к ним для удаления имеется. Подпорки стоит применять на большом отверстии, так как его диаметр, составляющий 14мм, близок к критическому значению (а,б,д). Малые отверстия с диаметром 3,5 мм можно сформировать без подпорок (а,в,г). В случаях а, в и г фаски основания расположены под углом 45 к подложке. Так как изделие ответственное, рекомендуется подпорки использовать, тем более, что их объем незначителен в сравнении с объемом остальных подпорок. Из всех рассмотренных вариантов выделяется вариант д. Наряду с вариантом б общая высота, составляющая 23,55 мм, меньше, чем у вариантов а,в,г. Это экономит время, так как меньше циклов нанесения порошка. С другой стороны объем подпорок (Таб. 6) при расположении д минимальный, что экономит время и материал.
Обычно рекомендуют избегать переходов от порошка и подпорок к значительным площадям сплошного материала, так как это резкая смена тепловой картины. Однако если данное изделие установить в положении в, когда основание будет параллельным подложке, этот участок будет гораздо проще обработать механически после удаления подпорок. В иных случаях, обрабатывать придется сложные криволинейные поверхности.
После выбора подпорок, компьютерная модель разбивается на слои, при этом задаются режимы обработки и стратегия выращивания каждого слоя. Сформированная программа передаётся в систему управления установки.
На платформу выращивания устанавливается подложка, закрепляется винтами. Перед загрузкой в бункер-питатель порошка, его предварительно прокаливают в сушильном шкафу для удаления влаги при температуре 130 С в течение 30 минут. После завершения подготовительных операций, крышка камеры выращивания закрывается, и начинается процесс откачки воздуха, продувки камеры и заполнение объема инертным газом. В нашем случае использовался аргон особо высокой чистоты. Как только объем кислорода составит менее 0,01%, запускается процесс выращивания.
В ходе работы на оптимальном режиме по заданию заказчика была выращена деталь (Рис. 5.11). Деталь выращивалась в течение 13 часов. Измерения показали хорошее согласование результатов моделирования и выращивания. Шероховатость составила по Rа=4,8-7,6 мкм, что полностью удовлетворяет требованиям заказчика. Неиспользованный порошок собирается специальным пылесосом для последующего прохождения процесса просеивания и отчистки. После данных процедур порошок можно использовать повторно.
После отделения от подложки и удаления подпорок изделие было направлено в галтовочную машину для снижения шероховатости.
Высокие требования к механическим свойствам к изделию заказчиком предъявлены не были. Выбранный режим, допускающий образование пор до 4%, способствовал снижению напряжений и деформаций в процессе выращивания. Это позволило отказаться от последубщей термической обработки. В то же время, скорость выращивания была выше, в сравнении с режимом, обеспечивающий относительную плотность выше 99%, что увеличило производительность.
Результат разработки технологии и выращивания изделия были высоко оценены заказчиком. Технология изготовления данного изделия методом селективного лазерного плавления позволяла существенно сократить трудоемкость процесса, сократить в несколько раз время изготовления, и довести коэффициент использования материала до 90%. В настоящее время получен заказ на изготовление и поставку аналогичной установки для промышленного использования в отрасли.
Используя подобную расчетно-экспериментальную методику, была разработана технология выращивания изделий из различный порошков. Изделия показаны на Рис 5.12.