Спосіб пошарової побудови виробів селективним лазерним спіканням

Реферат: Спосіб пошарової побудови виробів селективним лазерним спіканням включає тріангуляцію 3D CAD-моделі з заданою похибкою на етапі, що передує пошаровому з'єднанню частинок вихідного порошкового матеріалу під впливом енергії лазерного променя. Перед побудовою виробу визначають компенсуючу деформацію вихідної тріангуляційної моделі, значення якої вибирають за результатами виробничих випробувань: zi  z  f(x i , y i ) . i UA 104483 U (12) UA 104483 U UA 104483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до формоутворення, зокрема до побудови виробів селективним лазерним спіканням, і може бути використана в машинобудуванні. Відомі способи матеріалізації (побудови) виробів пошаровими методами на установках селективного лазерного спікання (SLS), при яких побудова здійснюється шляхом пошарового спікання частинок порошку під впливом енергії лазерного променя [1, 2]. Конфігурація кожного окремого шару (перетину) що спікається залежить від геометричних особливостей вихідної полігональної моделі. Шари вихідного порошку перед спіканням формуються обертовим роликом що рівномірно розподіляє частинки порошку в області побудови. У робочій камері установки SLS, порошковий матеріал попередньо розігрівається до температури нижче точки плавлення для зниження необхідної енергії лазерного променя при спіканні. Недоліком цих способів є виникнення похибки формоутворення виробів. Під похибкою формоутворення розуміється відхилення від правильної геометричної форми виробів. Відомий спосіб матеріалізації виробів селективним лазерним спіканням з підвищеною точністю [3], згідно з яким здійснюється зниження різниці температури виробу в робочій камері і спікання вихідного порошкового матеріалу. Зниження різниці температур досягається шляхом використання матеріалу з температурою спікання приблизно 70 °C. Недоліком даного способу є досить низькі експлуатаційні характеристики виробів, а саме низька теплостійкість. Найближчим до того, який заявляється, є спосіб виробництва виробів селективним лазерним спіканням [4], що включає тріангуляцію 3D CAD-моделі з заданою похибкою на етапі, що передує пошаровому з'єднанню частинок вихідного порошкового матеріалу під впливом енергії лазерного променя. Недоліком даного способу є виникнення залишкових деформацій що з'являються через внутрішні напруження, що виникають в результаті температурного впливу (нагріванняохолодження) на вихідний порошковий матеріал. В основі корисної моделі стоїть задача підвищення точності побудови виробів на установках селективного лазерного спікання. Поставлена задача вирішується тим, що перед побудовою виробу застосовують компенсуючу деформацію вихідної тріангуляційної моделі, значення якої вибирають за результатами виробничих випробувань. Технічний результат досягається тим, що при здійсненні способу пошарової побудови виробу селективним лазерним спіканням, компенсуюча деформація, яка застосована до вихідної тріангуляційної 3D моделі зворотна по знаку та відповідає характеру прогнозованої залишкової деформації. На фіг. 1 показаний приклад застосування компенсуючої деформації тріангуляційної моделі. На фіг. 2 показані деформація виробу та зворотна їй компенсуюча деформація. На фіг. 3 і 4 представлені тріангуляційні 3D моделі тестових виробів, із застосуванням компенсуючої деформації для здійснення запропонованого способу пошарової побудови. Розглянемо застосування запропонованого способу пошарової побудови виробів. На етапі, що передує побудові, CAD-модель представляється у вигляді системи трикутних граней (тріангуляційна 3D модель), кількість яких впливає на якість апроксимації моделі. До тріангуляційної моделі 1 застосовується технологічна компенсуюча деформація, що відповідає закону зміни та зворотна за знаком прогнозованої (очікуваної) залишкової деформації виробу. Знак прирощення кривизни компенсуючої деформації 2 має бути зворотним залишковій деформації виробу 3. Компенсуюча деформація визначає координати поверхні відносно прилеглої площини 4. Основними параметрами компенсуючої деформації є стріла прогину - δ та відносний зсув центру кривизни деформації - kс. Закон змінювання та його параметри вибираються відповідно з результатами виробничих випробувань. Під деформацією тріангуляційної 3D моделі (в геометричному сенсі) розуміється зміна координат вершин zі по осі Z у відповідності з заданим законом та залежно від поточного значення координат хі, yі по осях X, Y. У загальному вигляді, зміна координати по осі Zдля кожної вершини проводиться по формулі: zi  z  f (x i, y i ) , i 55 (1) де zi , z  - деформаційні та вихідні значення координат вершин; f ( xi, yi ) - деформаційна i функція. Деформаційна функція описує відхилення контрольної площини виробу від прилеглої площини. Компенсуючі деформації можуть бути різних типів, які визначаються деформаційною 1 UA 104483 U 5 10 15 функцією і вибираються, виходячи з геометричних особливостей виробів (співвідношення розмірів і форми). Тип деформації відрізняється законом зміни координат вершин моделі. Відмітною ознакою запропонованого рішення, яке описує деформацію тріангуляційної 3D моделі за формулою (1), представляється раніше невідомим технологічним прийомом. Наявність раніше невідомої ознаки дозволяє зробити висновок про відповідність запропонованого способу критерію "новизна". Реалізація пропонованого підходу передбачає можливість виконання заданих компенсуючих деформацій вихідної тріангуляційної моделі на етапі, який передує побудові. Приклад. Проводилась тестова побудова виробів на установці селективного лазерного спікання з застосуванням запропонованого способу. При побудові була вибрана модель 5, при довжині якої по осі X IХsize=171 мм була застосована компенсуюча деформація з радіальною деформаційною функцією з максимальною стрілою прогину δХ=1 мм (за результатом вимірювань залишкової деформації подібних виробів). Основними параметрами радіальної компенсуючої деформації є: стріла прогину по осі X та/або Y-δХ, δY, відносний зсув центру кривизни деформації по осях X та / або Y-kсХ, kcY. Деформаційна функція: f(xi, yi )  R X  20 25 30 35 40 45 R2  x2  R Y  X T R2  y2 , Y T (2) де x T , y T , R X , R Y - параметри деформаційної функції: 2 радіуса кривизни деформацій по осях X, YRX=(δX+x cmax./δX)/2, 2 RY=(δY+x cmax./δY)/2, де δX, δY - задана стріла прогину по осях X, Y; xcmax., ycmax. - найбільша хорда по осях X, Y. відстань від центру кривизни деформації до і-ої вершини  хТ=хі-хс, уТ=уі-ус, де хс, ус центра кривизни деформації по осях X, Y. центр кривизни деформації по осях X, Yхс=хmin+kсХ IХsize, ус=ymin+kcY lYsize, де хmin., ymin. найменші координати вершин трикутників моделі по осях X, Y; IХsize, lYsize - розміри моделі по осях деформації X, Y. Так як по осі Y компенсація деформації не проводилася, У-складова дорівнюватиме нулю. Стріла прогину виробу 6, що побудований по моделі з компенсуючою деформацією по осі X склала ∆X=0,15 мм. Застосування даного способу побудови суттєво підвищило точність виробу (знизило похибку форми) до 85 % в порівнянні з раніше відомим способом. Використання запропонованого способу дозволяє підвищити точність побудови виробів на установках селективного лазерного спікання. Це досягається за рахунок того, що на етапі, який передує матеріалізації, застосовується компенсуюча деформація тріангуляційної моделі, внаслідок чого є можливість регулювати процес побудови виробів з похибкою форми виробів. Джерела інформації: 1.Пат. 5155324 А США, МКИ В29С41/12; С04В35/64; В05С19/00; В29С41/46; B22F7/02; С23С24/10; G05B19/4099; В23К26/34; C23G24/08; В29С35/04; B22F3/105; G05B19/41; С23С26/02; B22F3/00; В29С67/00; В23К26/08. Method of producing parts. 2. Пат. 0946325 B1 ЕП, МКИ В29С67/00; B22F3/105; В23К26/34. Selective laser sintering at melting temperature. 3. Пат. 20060159896 Al США, МКИ В29С67/00; B29C65/00; C23C24/10; B22F3/16; B01J2/00; B22F3/105; C23C24/08; B22F1/00; C04B35/634; B32B37/00. Laser sintering method with increased process precision, and particles used for the same. 4. Пат. 4863538 США, МКИ B27N 3/00; B32B 31/00; B23K 9/00; B29C 67/00. Method and apparatus for producting parts by selective laser sintering. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб пошарової побудови виробів селективним лазерним спіканням, що включає тріангуляцію 3D CAD-моделі з заданою похибкою на етапі, що передує пошаровому з'єднанню частинок вихідного порошкового матеріалу під впливом енергії лазерного променя, який відрізняється тим, що перед побудовою виробу застосовують компенсуючу деформацію вихідної тріангуляційної моделі, значення якої вибирають за результатами виробничих випробувань: zi  z  f(x i , y i ) , i де zi - деформаційні значення координат вершин; 2 UA 104483 U z  - вихідні значення координат вершин; i f(x i , y i ) - деформаційна функція, вибрана за результатами виробничих випробувань. 3 UA 104483 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4