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Pulverhandhabung in der additiven Fertigung

Mit ihren hohen Wachstumsraten und zunehmenden Einsatzmöglichkeiten ist die Automatisierung der Metallpulver-Handhabung der Schlüssel, um die Technologie als Standardprozess in den Bereichen Medizin, Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie zu etablieren - den größten Anwendergruppen.

Die auf Pulverhandling spezialisierten Vakuumförderer von Piab füllen diese Lücke mit erprobten und bewährten Systemen.

Mit einer geschätzten zu erwartenden jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von durchschnittlich 25% bis 2023 ist die additive Fertigung eine der am schnellsten wachsenden Technologien. Sie bietet dem Benutzer klare Vorteile in Bezug auf die Konstruktion und Herstellung komplexer Teile, Prototypen und Kleinserien, bisher hauptsächlich für Labor- und Forschungs- und Entwicklungszwecke. Mit zunehmender Weiterentwicklung der Technologie wachsen jedoch auch die Erwartungen der Benutzer und damit die Anforderungen an Sicherheit, Prozesssicherheit und Qualität.

Da der druckmaschinengetriebenen Entwicklung ein ganzheitlicher Ansatz fehlt, müssen die umgebenden Prozessschritte und -technologien nach Möglichkeit entwickelt oder angepasst und in den gesamten Prozessfluss integriert werden. Ein wichtiger Prozess, der zum langfristigen Erfolg der additiven Fertigung beiträgt, insbesondere im Bereich der Herstellung von Metallteilen, betrifft die Handhabung von Metallpulver.

Die Besonderheiten beim Umgang mit Metallpulver

Die Handhabung von Metallpulver erfordert aufgrund seines Gefährdungspotenzials für die Mitarbeiter, seiner Explosivität und seines Wertes als hochpreisiger Bestandteil besondere Aufmerksamkeit.

Metallpulvern ausgesetzt sein, stellt ein extrem hohes Gesundheitsrisiko für die Mitarbeiter dar, insbesondere wenn sie in die Lunge eingeatmet werden. Darüber hinaus kann das Heben und Handhaben schwerer Behälter oder Fässer zu ernsthaften Rücken- oder Schulterbelastungen führen.

Da Metallpulver atmosphärisch explosionsfähige Materialien sein können, gelten die ATEX-Anforderungen zum Schutz von Anlagen. Weitere konstruktive Überlegungen tragen dazu bei, das Risiko einer Geräteimplosion zu minimieren.

Da die reinen Metalle oder Legierungen davon teure Bestandteile sind, ist die Sicherstellung ihrer Reinheit während der Herstellung durch Vermeidung von Kreuzkontaminationen oder Entmischungen und die Rückgewinnung von nicht verwendetem Material aus dem Prozess der Schlüssel für eine wirtschaftlich tragfähige Aufstellung.

Die Lösung für alle drei Probleme ist ein geschlossener und automatisierter Prozess zur Handhabung von Metallpulvern, der auf Vakuumförderung basiert. Eine Technologie, die sich bereits als optimale Lösung in der Pharma- und Chemieindustrie erwiesen hat, die vor ähnlichen Herausforderungen beim Materialtransport steht.

Die Vakuumförderer von Piab erfüllen die Anforderungen der additiven Fertigungsindustrie wie niedrige Bauhöhe, einfache Reinigung, geringer Geräuschpegel und ATEX-Zertifizierungen. Das in sich und abgeschlossene System minimiert die Ausbreitung des Staubes während des Materialtransports, vermindert die Exposition gegenüber gefährlichen Stäuben und macht somit die Vakuumtechnologie von Piab ideal für die Handhabung von Metallpulvern. Darüber hinaus wird eine Verunreinigung des Materials mit anderen fremden Bestandteilen verhindert, was bedeutet, dass die Struktur des Metallpulvers erhalten bleibt und die zu erwartende Qualität des 3D-Druckobjekts erreicht wird.  

Als weltweiter Marktführer im Bereich Vakuumförderung mit umfassendem Wissen in der Anwendungstechnik unterstützt Piab die ehrgeizige Branche der additiven Fertigung und hat spezielle Konfigurationen seines Premium-Vakuumförderers piFLOW®p für verschiedene Reinmetall- und Legierungstypen sowie unterschiedliche Produktionseinstellungen konfiguriert, die zum Befüllen des Druckers, des Siebs oder des Trichters oder zum Zurückgewinnen von Metallpulver aus dem Drucker verwendet werden können.

Befüllen des Druckers mit Metallpulver

In diesem Schritt wird neues oder wiedergewonnenes Metallpulver von einem Sieb / Metallfass oder Trichter zum Drucker transportiert. Die Vakuumförderer von Piab können Pulver direkt aus dem Fass aufnehmen und dem Drucker zuführen - dies erhöht die Produktivität und die Sicherheit der Mitarbeiter.

Sieb- oder Trichterfüllung von Metallpulver
Das Zuführen von neuem oder wiedergewonnenem Metallpulver zu einem Sieb oder Trichter erfolgt normalerweise manuell, was stark vom Bediener abhängt und den Mitarbeiter Metallen und schwerem Heben aussetzt. Darüber hinaus ist es schwierig sicherzustellen, dass das gesamte Metallpulver vom Fass / Behälter aufgenommen wird, was zum Verlust von wertvollem Material führt. Piabs piFLOW®p kann das Sieb oder den Trichter direkt vom Fass / Behälter des Originalherstellers effektiv zuführen, was zu einem automatisierten Prozess und einer verbesserten Produktivität, einer geringeren Abhängigkeit vom Bediener und einer sichereren und ergonomischeren Arbeitsumgebung führt. Der Vakuumförderer kann aufgrund seines geringen Gewichts in tragbare Sieblösungen integriert werden, sodass der gleiche Vakuumförderer und die gleiche Sieblösung mit verschiedenen Druckern verwendet werden können.

Metallpulver aus dem Drucker zurückgewinnen

Metallpulver sind sowohl teuer als auch gefährlich, daher ist die sichere Rückgewinnung aus dem Drucker von entscheidender Bedeutung. Die piFLOW®p-Vakuumförderer von Piab können Metallpulver über ein geschlossenes System vom Drucker zum Sieb oder zu einem Fass transportieren und nicht nur die Produktivität steigern, sondern auch die Sicherheit der Mitarbeiter gewährleisten.

Wichtige Überlegungen beim Fördern von Metallpulver

Das Fördern von Metallpulvern in der additiven Fertigung ist eine Herausforderung, beginnend mit der hohen Schüttdichte. Metallpulver können bis zu acht Kilogramm pro Liter (kg / l) wiegen, während Pulver im Pharma- oder Lebensmittelsektor im Allgemeinen zwischen 0,8 und 1,2 kg / l liegen. Dies erfordert wesentlich leistungsstärkere Vakuumsysteme, um das Metallpulver in Bewegung zu halten. Gleichzeitig werden für einen Produktionsprozess nur relativ geringe Mengen benötigt, in der Regel nicht mehr als 100 Kilogramm pro Stunde - das sind 12,5 l Fördervolumen.

Aufgrund der hohen Schüttdichte und des großen Filters im System sowie des zusätzlich erforderlichen Abluftfilters zur Gewährleistung der Sicherheit der Mitarbeiter und des Schutzes vor Ort ist eine entsprechend große Vakuumpumpe erforderlich, um die erforderliche Saugleistung zu erzielen. Die Produktionszeit im 3D-Druckprozess ist relativ lang und die aktiven Förderzeiten sind kurz. Dank der automatischen Abschaltung der Vakuumpumpe im Leerlauf ist der piFLOW®p-Vakuumförderer sehr energieeffizient, insbesondere im Vergleich zu mechanischen Pumpen, die im Leerlauf weiterlaufen müssen. Somit bleiben die Energiekosten für die automatisierte Abgabe und Befüllung niedrig. Im Gegensatz zu mechanischen Pumpen fügt das durch Druckluft erzeugte Vakuum dem 3D-Druckprozess keine Wärme hinzu.

Die geringe Stellfläche und die niedrige Bauhöhe machen das Vakuumfördersystem von Piab zu einer attraktiven Lösung, die in ein 3D-Druckangebot oder eine tragbare Sieblösung eingebaut oder in dieses integriert werden kann. Darüber hinaus ermöglicht das geringe Gewicht die Verwendung derselben Förder- und Sieblösung für mehrere Drucker. Das konisch geformte Design des piFLOW®p ist besonders starr und steif, wodurch das Risiko einer Implosion ausgeschlossen wird.

Da Vakuumförderer für die additive Fertigungsindustrie den anspruchsvollsten Umständen gerecht werden müssen, macht die einfache Reinigungsmöglichkeit in Kombination mit seiner immanenten Festigkeit Edelstahl - aus dem der piFLOW®p hergestellt ist - zum Material der Wahl für die Industrie.

Empfohlene Vakuumfördererkonfigurationen

Um die interessantesten Förderaufbauten für die additive Fertigungsindustrie zu ermitteln, hat Piab zahlreiche Tests mit verschiedenen typischen additiven Fertigungsmaterialien durchgeführt, unter anderem mit Edelstahl- und Aluminiumpulver. Die Tests basieren auf der Annahme, dass das Fass oder der Behälter, in dem sich das Pulver befindet, an einem anderen Ort gelagert wird als an dem Ort, an dem der Druck stattfindet. Für Mengen zwischen 200 und 500 Kilogramm waren dabei Entfernungen von bis zu 50 Metern erreichbar, sowie Höhenunterschiede von bis zu acht Metern.

Basierend auf internen Tests und Designs empfiehlt Piab die folgenden Konfigurationen seiner Vakuumförderer für die additive Fertigungsindustrie:

  • piFLOW®p 3 Liter mit einer 200 Pumpe, PLR02 Filter und einer Förderlinie von 32mm
  • piFLOW®p 3 Liter mit einer 400 Pumpe, PLR04 Filter und einer Förderlinie von 32mm oder 38mm


Je nach gewählter Ausstattung können Mengen zwischen 600 und 1000 kg / h und mehr mit dem oben genannten Aufbau problemlos über eine Entfernung von 10 Metern und bis zu einer Höhe von 8 Metern gefördert werden. Größere Mengen können mit den oben genannten Geräten über kürzere Entfernungen gefördert werden. Alternativ können die Experten von Piab eine maßgeschneiderte Lösung konfigurieren, die den jeweiligen Anforderungen entspricht.

Zusätzliches Zubehör wie Zufuhrdüsen und Adapter sowie ein zum Auffangbehälter passendes Modul sind ebenso erhältlich wie kundenspezifische Lösungen für Inertgasanwendungen und kompakte Förderer.

Piab bietet in seinen verschiedenen Testlabors auf der ganzen Welt Fördertest mit kundenspezifischen Metallpulvern an.

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