СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ Российский патент 2020 года по МПК B22F3/105 B33Y10/00 B33Y70/00 B22F8/00 B22F3/26 C22C33/02 

Описание патента на изобретение RU2713254C1

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий из порошков на основе чугуна, полученных переработкой стружковых отходов металлообработки, и может быть использовано для получения спеченных металлических объектов, создаваемых на основе данных цифровых моделей для создания прототипов и декоративно-художественных изделий.

Известен способ послойного изготовления трехмерных объектов из порошков посредством спекания, в котором: ленту в процессе перемотки перфорируют системой перфорации в местах размещения порошка, перфорированные места ленты заполняют порошком - пластиковым, керамическим, металлическим или их комбинацией, затем перфорированную, растворимую ленту сжимают уплотнителем в процессе сматывания в рулон, после чего намотанный рулон ленты с порошком после завершения формирования всех слоев спекают и системой очистки отделяют спеченный объект от ленты (патент RU №2609911, МПК В29С 67/04, В05С 19/00, В29С 43/48, B33Y 10/00, опубл. 07.02.2017, Бюл. №4).

Данный способ характеризуется сложной конструкцией системы за счет наличия в устройстве систем перфорации, наполнения, очистки, бункера частиц, высокой стоимостью использующихся порошков, необходимостью их спекания в вакууме.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления изделий сложной формы из металлических порошков, заключающийся в приготовлении смеси порошков со связующим, формировании заготовки в форме из пластичного материала с наложением вибрации, сушке, последующем спекании в защитной среде и пропитке изделия легкоплавким металлом (патент SU №1802751, МПК B22F 3/00, B22F 3/12, опубл. 15.03.1993, Бюл. №10).

Недостатком известного способа является невозможность создания изделий по цифровым моделям.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание технологии, позволяющей получить по цифровым моделям металлические изделия посредством экструзионной печати с последующим беспрессовым порошковым спеканием при одновременной пропитке более легкоплавким материалом.

Технический результат изобретения заключается в упрощении технологического процесса создания по цифровым моделям спеченных порошковых изделий из чугуна, удешевлении изготовления изделий за счет применения в качестве исходного сырья дешевой чугунной стружки.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из металлических порошков, предусматривающем приготовление смеси порошков со связующим, формирование заготовки по цифровой модели, сушку, спекание в муфельной печи, пропитку изделия металлом, согласно изобретению в качестве металлического порошка используют чугунную стружку, из которого готовят пасту и посредством экструзионной печати на 3D-принтере формируют контур цифровой модели слой за слоем, далее спекают полученную заготовку и одновременно пропитывают бронзой, при этом в качестве связующего применяют жидкое стекло в соотношении: 78-82% порошка, 18-22% связующего.

Отличительной особенностью предлагаемого способа согласно изобретению, является то, что в качестве металлического порошка используют чугунную стружку, из которого готовят пасту и посредством экструзионной печати на 3D-принтере формируют контур цифровой модели слой за слоем, далее спекают полученную заготовку и одновременно пропитывают бронзой, при этом в качестве связующего применяют жидкое стекло в соотношении: 78-82% порошка, 18-22% связующего.

Металлический порошок из чугунной стружки получают путем измельчения в шаровой мельнице с последующим ситовым отбором до фракции - 40 мкм.

Полученный порошок смешивают со связующим, представляющим собой жидкое стекло до пастообразного состояния. Количество связующего выбирают минимальным, обеспечивающим достаточную текучесть пасты. Оптимальное соотношение: 78-82% порошка, 18-22% связующего. Если количество связующего меньше оптимального, то происходит отклонение наносимого слоя пасты от контура цифровой модели, снижается прочность заготовки и она разрушается при снятии со стола 3D принтера, если количество связующего увеличено, то возрастает пористость, что также снижает прочность заготовки. Также при повышении количества связующего возрастает усадка при последующем спекании, наблюдается коробление изделий.

Предлагаемый способ изготовления изделий из металлических порошков поясняется рисунками, где: фиг. 1 иллюстрирует схему экструдера для установки на FDM 3D-принтер по пластику; фиг. 2 показывает сечение с внутренней конструкцией экструдера, состоящего из шнека подачи пасты, приводимого в движение электродвигателем; фиг. 3 демонстрирует схему упаковки заготовки, сформированной экструзионной печатью, в контейнер.

Предлагаемый способ изготовления изделий из металлических порошков осуществляют следующим образом.

Экструдер монтируют на FDM 3D принтер по пластику вместо стандартного. Приготовленную пасту загружают в экструдер. С помощью пневматической экструзии и вращения шагового электродвигателя экструдером выдавливают пасту, а 3D-принтер перемещает его по контуру цифровой модели слой за слоем. По окончании печати изделие оставляют затвердеть при комнатной температуре в течение 3 часов.

На дно контейнера из нержавеющей стали насыпают слой глинозема. Укладывают заготовку. На заготовку помещают бронзовую болванку для пропитки. Заготовку с бронзовой болванкой засыпают глиноземом с утрамбовкой. Глинозем выполняет функцию удержания формы заготовки во время спекания и пропитки. Сверху укладывают слой графита, вступающего при нагреве в реакцию с кислородом и тем самым предотвращающего окисление изделия. Контейнер помещают в муфельную печь, которую разогревают до температуры 1150-1200°С. Данный температурный режим соответствует температуре спекания чугуна. Кроме того, при указанном диапазоне температур происходит плавление бронзы и пропитка ею пор, образующихся при выгорании связующего. Частицы глинозема не спекаются при указанной температуре, что позволяет легко отделить их от готового изделия.

Пример. Порошок, полученный размолом чугунной стружки и просеянный до фракции - 40 мкм, смешивают со связующим: 80% порошка и 20% связующего, представляющего жидкое стекло. Полученную массу загружают в экструдер, установленный на FDM 3D принтере по пластику. Осуществляют послойную печать по цифровой модели. Напечатанное изделие выдерживают в течение 3 часов при температуре 20-22°С, после твердения снимают со стола 3D принтера и помещают в контейнер из нержавеющей стали, заполненный глиноземом. Поверх заготовки укладывают бронзовую болванку, досыпают слой графита для предотвращения обезуглероживания. Затем заготовку спекают и одновременно пропитывают бронзой в муфельной печи при температуре 1150-1200°С в течение 3 часов. После спекания с пропиткой изделие извлекают из контейнера и очищают от глинозема щеткой.

Таким образом, предлагаемый способ получения изделий из металлических порошков по сравнению с прототипом (патент SU №1802751, МПК B22F 3/00, B22F 3/12, опубл. 15.03.1993, Бюл. №10) значительно проще и дешевле известного способа, так как:

- обеспечивает возможность создания заготовок порошковых металлических изделий по цифровым моделям по сравнению с ближайшим аналогом;

- основан на использовании дешевого исходного сырья - чугунной стружки;

- не требует специальных печей с защитной средой для порошкового спекания.

Похожие патенты RU2713254C1

название год авторы номер документа
Способ аддитивного производства металлических изделий 2022
  • Какорин Даниил Дмитриевич
  • Лаврентьев Алексей Юрьевич
RU2781510C1
СПОСОБ 3D-ПЕЧАТИ ИЗДЕЛИЙ АКТИВИРОВАННОЙ УЛЬТРАЗВУКОМ СТРУЕЙ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА, ПЛАСТИФИЦИРОВАННОГО ТЕРМОПЛАСТИЧНОЙ СВЯЗКОЙ 2021
  • Ситников Сергей Анатольевич
  • Рабинский Лев Наумович
  • Кравцов Дмитрий Александрович
RU2777114C1
Способ аддитивного производства металлических, керамических или композитных изделий 2022
  • Неткачев Александр Геннадьевич
  • Галинов Петр Игоревич
  • Кирадиев Вадим Кирович
RU2802607C1
Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов 2017
  • Рабинский Лев Наумович
  • Рипецкий Андрей Владимирович
  • Ситников Сергей Анатольевич
RU2668107C1
Керамическая суспензия для 3D-печати и способ получения сложнопрофильных карбидокремниевых изделий на основе реакционно-связанного карбида кремния с применением 3D-печати 2021
  • Пономарева Дарья Владимировна
  • Тимощук Елена Игоревна
  • Ляпин Ильнур Ибрагимович
  • Васильева Екатерина Владимировна
  • Зейналова Сакина Зульфуевна
RU2781232C1
СПОСОБ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2013
  • Аксельрод Лев Моисеевич
  • Турчин Максим Юрьевич
  • Минниханов Игорь Наилевич
RU2535704C1
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОРЕАКТИВНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ПОРОШКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ 2016
  • Нгуен, Ле-Хуон
  • Герцхофф, Карстен
RU2695168C1
СЕПАРАТОР, ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕПАРАТОРА 2014
  • Паускар Правин
  • Аббруцци Ричард Дж.
RU2628627C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ИЗДЕЛИЯ В СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ 2015
  • Бекренев Николай Валерьевич
  • Злобина Ирина Владимировна
RU2629072C2
Способ изготовления биметаллических деталей системы сталь-бронза 2020
  • Мишуков Алексей Владимирович
  • Логачев Иван Александрович
  • Виденкин Николай Андреевич
RU2758696C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 713 254 C1

Реферат патента 2020 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Изобретение относится к изготовлению изделий из металлических порошков. Смесь металлического порошка со связующим готовят в виде пасты в соотношении: 78-82 % металлического порошка, 18-22 % связующего. В качестве связующего используют жидкое стекло, а в качестве металлического порошка - чугунную стружку. Формирование заготовки по цифровой модели ведут слой за слоем посредством экструзионной печати на 3D-принтере. Полученную заготовку спекают и одновременно пропитывают бронзой. Обеспечивается изготовление изделий беспрессовым порошковым спеканием. 3 ил., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 713 254 C1

Способ изготовления изделий из металлических порошков, включающий приготовление смеси металлического порошка со связующим, формирование заготовки по цифровой модели, сушку, спекание в муфельной печи, пропитку изделия металлом, отличающийся тем, что смесь металлического порошка со связующим готовят в виде пасты в соотношении: 78-82% металлического порошка, 18-22% связующего, при этом в качестве связующего используют жидкое стекло, а в качестве металлического порошка - чугунную стружку, формирование заготовки по цифровой модели ведут слой за слоем посредством экструзионной печати на 3D-принтере, а затем полученную заготовку спекают и одновременно пропитывают бронзой.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2713254C1

Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов 2017
  • Рабинский Лев Наумович
  • Рипецкий Андрей Владимирович
  • Ситников Сергей Анатольевич
RU2668107C1
Способ изготовления изделий сложной формы из металлических порошков 1991
  • Цыркин Аркадий Тимофеевич
  • Эренбург Александр Анатольевич
  • Левитин Лев Евсеевич
SU1802751A3
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТРУЖКОВЫХ ОТХОДОВ ЧУГУНА 1992
  • Мамедов Ариф Таптыг Оглы[Az]
  • Кулаковская Елена Владимировна[Az]
RU2022708C1
EP 3098001 A1, 30.11.2016
WO 2018156933 A1, 30.08.2018
WO 2016060799 A1, 21.04.2016
JP 2018536556 A, 13.12.2018.

RU 2 713 254 C1

Авторы

Бутуханов Вячеслав Александрович

Даты

2020-02-04Публикация

2019-07-29Подача