Селективное лазерное спекание и синтез функциональных структур

• Автор: Шишковский, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 390 с. : ил.

ГЛАВА I. МЕТОДЫ ПОСЛОЙНОГО СИНТЕЗА ОБЪЕМНЫХ ИЗДЕ

ЛИЙ. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИ-МЕНТОВ ПО СЕЛЕКТИВНОМУ ЛАЗЕРНОМУ СПЕКАНИЮ

1.1. Быстрое прототипирование - основные направления и идеология син

теза объемных изделий

1.2 Компьютерный дизайн и формат STL файла

1.2.1 Поддержки

1.3 Методики быстрого прототипирования

1.3.1 Лазерная стереолитография

1.3.2 Селективное лазерное спекание

1.3.3 Послойное создание литьевой формы

ф 1.3.4 Послойная заливка экструдируемым расплавом

1.3.5 Послойное формирование объемных моделей из листового материала
■щ. 1.3.6 Процесс трехмерной печати
1.3.7 Лазерная объемная наплавка
1.3.8 Сравнения и выводы
1.4 Особенности экспериментальной установки для СЛС
1.5 Программно - аппаратный комплекс по СЛС
ф 1.6 Автоматизация процесса спекания порошковых композиций
1.7 Заключение и выводы по главе 1
Формулировка целей и задач диссертационного исследования ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ
2.1 Предмет исследования и его физико-механические свойства
2.1.1. Полимерные материалы и порошки
2.1.2. Металлические порошки
2.2 Реология и макрокинетика спекания
2.3 Взаимодействие ЛИ с порошковыми материалами (обзор теоретиче
• ских и экспериментальных работ)
2.4 Поглощение и рассеяние ЛИ в металл - полимерных порошковых ком
позициях
2.5.1 Теплофизические свойства металл - полимерных порошковых компо- 94 зиций. Эксперимент
ф 2.5.2 Теплофизические свойства металл - полимерных порошковых компо
ф зиций. Теоретический анализ
2.6 Физическая модель СЛС. Квазистационарная реодинамика процесса
СЛС порошковых композиций
2.7 Термовязкоупругость порошковой композиции при СЛС
2.8 Численный анализ параметров объемной лазерной наплавки ультра
дисперсной порошковой смеси в потоке газа
2.9 Контролируемый лазерным излучением нагрев реакционно-способных 124 порошковых композиций
2.10 Заключение и выводы по главе 2
* ГЛАВА III. ЖИДКОФАЗНОЕ СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СПЕКА- 13
НИЕ МЕТАЛ - ПОЛИМЕРНЫХ И БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШ-’* КОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
3.1 Постановка задач и цели исследования
3.2 Условия СЛС монослоев полимерных и метал - полимерных порошко
вых композиций
3.3 Деструкция поликарбоната при СЛС МПК
® 3.4 Условия СЛС монослоев биметаллических порошковых композиций
3.5.1 Каплеобразование при СЛС
3.5.2 Фрактальный подход к анализу поверхностных макроструктур при ла
зерном спекании
3.6 Определение удельного электросопротивления структур, сформиро
ванных при СЛС порошковых композиций на основе никеля, титана и латуни
ф 3.7 Оптимизация режимов послойного СЛС объемных изделий
3.8 Физико-механические свойства объемных изделий, синтезированных
методом СЛС
3.9 Заключение и выводы по главе 3
ГЛАВА IV. СОВМЕЩЕНИЕ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕ

КАНИЯ И САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА
4.1 Постановка задачи исследования
4.2 Исследование условий СВС интерметаллидов при СЛС порошковых композиций
4.3 Совмещение процессов СЛС и СВС для получения алюминидов никеля и титана
4.4 Формирование биосовместимых интерметаллидных фаз при лазерном спекании порошковых СВС композиций
4.5 Синтез биокомпозита на основе никелида титана и гидроксиаппатита при СЛС
4.6 Структура и свойства интерметаллидных фаз системы ТЛ-Тц синтезированных при СЛС
4.6.1 Рентгеновский фазовый анализ
4.6.2 Микроструктура и коррозионные свойства
4.6.3 Механические свойства и эффект памяти
4.7 Исследование условий СЛС керамических порошковых материалов системы циконат - титанат - свинца
4.8 Новые методы создания объемных керамических изделий на основе гексаферрита бария и лития с добавками хрома
4.9 Заключение и выводы по главе
ГЛАВА V. СИНТЕЗ МЕЗОИЗДЕЛИЙ С ГРАДИЕНТОМ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ
5.1 Идеология синтеза функционально градиентных изделий методом СЛС
5.2 Синтез градиентных изделий из МПК методом СЛС
5.3 Лазерный синтез метал - полимерных фильтрующих элементов с заданными свойствами
5.4 Синтез конструкционной керамики с функциональными включениями методом СЛС

242 247 253

Преимущества методики: прямое производство литьевых форм; можно использовать различные крупнозернистые порошки; литьевые формы выдерживают металлический расплав; сокращает дорогое время, поглощающее промежуточные этапы синтеза; возможно производство сложно контурных изделий; форма может быть очищена в щелочных ваннах; много образцов можно синтезировать за один раз; материалы не токсичны; малые коробления и деформации; перемещение головки и- связывание порошка идет быстрее, чем при лазерной обработке; синтезируемые образцы можно использовать не только для литья.
Недостатки: шероховатость поверхности до 0.175 мм; точность +/- 0.05 мм; не связанный порошок может «закупоривать» полости детали; принтерная головка может также «закупориваться».
Метод трехмерной печати также внес в теорию и практику БП ряд полезных новшеств. Это конструкции сопел для многокомпонентных порошков, использование водных растворов порошков для нанесения слоев (например, Si3N4 + AI2O3 + Y2O3 в растворе полиэтилен гликоля, SiC в растворе полиизобутана [118, 119]), что уменьшает запыление при подаче порошков через сопло и позволяет работать с мелкодисперсными фракциями.
1.3.7 Лазерная объемная наплавка
Лазерные методики:
- процесс лазерного формования (- Laser Engineered Net Shaping /LENS/ [120]; Sandia National Laboratories & Sandia University, USA, 1996);
- направленное нанесение металла (- Direct Métal Déposition /DMD/ [124], Michigan University, USA, 1993),
- объемная лазерная наплавка (- 3D Laser Cladding [121-123], Liverpool University, UK, 1994),
- объемная лазерная сварка -(3D Laser Welding [125], Southern Methodist University, USA, 1999),
- объемная лазерная генерация (3D Laser generating, Fraunhofer-Institute of Production Technology (IPT), Gerraany [126,128], 1994);
идейно имеют много общего и находятся в стадии своего становления, поскольку не вышли из стен исследовательских лабораторий. Из названных выше, только LENS