Automatización del transporte de polvo metálico en la fabricación aditiva

La industria de fabricación aditiva se enfocado hasta ahora en la tecnología de las impresoras. Pero la manipulación del polvo metálico es clave para que esta tecnología en pleno crecimiento se establezca como un proceso estándar dentro de los sectores donde actualmente tiene más usuarios, como el médico, el aeroespacial o el automotriz. La solución de transporte por vacío de Piab para la manipulación de polvo llena esta brecha con sistemas probados y comprobados.

Con una tasa esperada de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 25% hasta 2023, la fabricación aditiva es una de las tecnologías que más rapidamente crecen y que mayor impacto directo están teniendo en la industria hoy en día. Esta tecnología ofrece claras ventajas para el usuario, relacionadas con el diseño y la fabricación de piezas complejas, la creación de prototipos y series pequeñas, utilizadas hasta ahora, principalmente, en entornos de laboratorios o de I+D. Sin embargo, a medida que la tecnología madura, también lo hace el usuario y con ello aumentan las exigencias en materia de seguridad, fiabilidad de los procesos y calidad.

Dado que el desarrollo impulsado por la maquinaria de impresión carece de un enfoque holístico, es necesario desarrollar o adaptar las etapas y tecnologías circundantes, siempre que sea posible, e integrarlas dentro del circuito de fabricación. Un proceso importante que contribuye al éxito a largo plazo de la fabricación aditiva, en particular en lo relativo a la producción de piezas metálicas, es precisamente la manipulación del polvo metálico.

Los requerimientos de manipulación del polvo metálico

La manipulación del polvo metálico requiere una especial atención debido a su potencial peligrosidad para los empleados, su explosividad y su valor como ingrediente.

La exposición a polvos metálicos supone un riesgo extremadamente alto para la salud de los empleados, especialmente si son inhalados. Además, levantar y manipular grandes recipientes o barriles pesados puede provocar graves tensiones en la espalda o los hombros.

Como los polvos metálicos pueden ser materiales explosivos atmosféricos, se aplican los requisitos ATEX para proteger la instalación. Otras consideraciones de construcción ayudan a minimizar el riesgo de implosión del equipo.

Como los metales puros o sus aleaciones son ingredientes caros, garantizar su pureza durante la producción y minimizar desperdicios son factores clave. Evitar la contaminación cruzada o la segregación del producto y a la vez poder recuperar el sobrante no utilizado es fundamental para que la configuración sea económicamente viable.

La solución a estas tres cuestiones es utilizar un sistema cerrado y automatizado de manipulación de polvo metálico basado en el transporte por vacío. Esta tecnología ha demostrado ser una solución óptima en industrias que se enfrentan a problemas similares, como son la farmacéutica o la química.

Los transportadores por vacío Piab pueden adaptarse a limitaciones de disponibilidad de espacio; son fáciles de limpiar, tienen unos niveles de ruido bajos y cumplen con las certificaciones ATEX en la industria de fabricación aditiva. El sistema cerrado minimiza la propagación del polvo durante el transporte del material, reduciendo al mínimo la exposición a polvos peligrosos y hace que la tecnología por vacío de Piab sea ideal para transferir polvos metálicos. Además, evita que el material se contamine con impurezas de otras partículas, lo que significa que la estructura del metal permanece intacta, y se cumple con la calidad exigida por el objeto impreso en 3D. 

Como líder del mercado mundial en el transporte por vacío con amplios conocimientos en ingeniería de aplicaciones, Piab apoya a la ambiciosa industria de la fabricación aditiva y ha adaptado su transportador por vacío premium piFLOW®p a unas configuraciones específicas para aplicaciones en manipulación de diferentes tipos de metal puro y aleaciones. El equipo se puede adaptar a diferentes requerimientos de producción, pudiéndose aplicar en el llenado de la impresora, para recuperar el polvo sobrante o tamizarlo, entre otras necesidades.

Llenado de la impresora con polvo metálico

En este paso el polvo de metal virgen o recuperado es transportado desde un tamiz, barril o tolva hasta la impresora. Los transportadores por vacío Piab pueden succionar el polvo directamente del barril y alimentar la impresora, aumentando así la productividad y a la vez la seguridad de los empleados.

Llenado del tamiz o la tolva con polvo metálico

En general, la alimentación de los tamices o tolvas con polvo metálico recuperado o virgen se suele hacer manualmente, lo que depende en gran medida del operario, exponiéndolo a los metales y a la manipulación de cargas pesadas. Además, es difícil asegurar que todo el polvo metálico sea recogido del barril u otro tipo de recipiente, lo que resulta en pérdidas de un valioso material. El piFLOW®p de Piab puede alimentar eficazmente el tamiz o la tolva directamente desde el barril/contenedor del fabricante original, lo que genera un proceso automatizado, un aumento de la productividad, una menor dependencia del operario y un entorno de trabajo más seguro y ergonómico. El transportador por vacío puede integrarse en soluciones de tamizado portátiles debido a su ligereza en cuanto a peso, lo que permite utilizar el mismo transportador por vacío y la misma solución de tamizado en diferentes impresoras. 

Recuperación del polvo metálico de la impresora

Los polvos metálicos son caros y peligrosos, por lo que una adecuada recuperación del producto es crucial. Los transportadores por vacío piFLOW®p de Piab son capaces de transportar polvos metálicos desde la impresora hasta el tamiz o el barril a través de un sistema cerrado y no sólo aumentan la productividad, sino que también garantizan la seguridad de los empleados.

Consideraciones importantes en el transporte de polvo metálico

El transporte de polvos metálicos en la fabricación aditiva plantea unos problemas muy particulares, empezando por la alta densidad aparente de este tipo de material. Mientras que los polvos en el sector farmacéutico o alimentario suelen pesar entre 0,8 y 1,2 kilogramos por litro (kg / l), los polvos metálicos pueden pesar hasta ocho kg / l . Esto requiere de sistemas por vacío mucho más potentes para mantener el polvo metálico en movimiento. Al mismo tiempo, solo se requiere cantidades relativamente pequeñas para los procesos de producción, normalmente no más de 100 kilogramos por hora, es decir, 12,5 l de volumen transportado.

Debido a la alta densidad aparente del material, al gran filtrado del sistema y al filtrado de aire de escape necesario para garantizar la seguridad de los empleados y del espacio de trabajo, se requiere una bomba de vacío de gran tamaño para lograr la potencia de succión necesaria. Los tiempos de producción en los procesos de impresión 3D son relativamente largos y los tiempos de transporte activo son bajos. Gracias al apagado automático de la bomba de vacío cuando está en reposo, el transportador por vacío piFLOW®p es muy eficiente energéticamente, especialmente en comparación con las bombas mecánicas, que deben seguir funcionando en reposo. Por lo tanto, los costes de energía para el suministro y llenado automáticos siguen siendo bajos. A diferencia de las bombas mecánicas, el vacío generado por aire comprimido no añade calor al proceso de impresión en 3D.

El tamaño reducido de los equipos hace que el sistema de transporte por vacío de Piab sea una solución atractiva para ser incorporada o integrada tanto en impresión 3D en general como en soluciones de tamizado portátil. Además, su bajo peso permite utilizar la misma solución de transporte y tamizado en diferentes impresoras. El diseño en forma cónica del piFLOW®p lo hace particularmente rígido, eliminando así el riesgo de implosión.

Los transportadores por vacío para la industria de la fabricación aditiva necesitan hacer frente a los requerimientos más exigentes, con lo cual tienen que estar fabricados en un material especialmente resistente y a la vez que sea fácil de limpiar. El acero inoxidable es idóneo para hacer frente a estas exigencias de la industria, material con el que está fabricado el piFLOW®p.

Configuraciones recomendadas del transportador por vacío

Para identificar las configuraciones de transporte más interesantes para la industria de la fabricación aditiva, Piab ha realizado numerosas pruebas con varios materiales típicos en el sector, como el polvo de acero inoxidable o de aluminio, entre otros. Las pruebas se basaron en el supuesto de que los barriles o recipientes que contenían el polvo estaban ubicados en lugares diferentes de donde se realizaba la impresión. Los resultados indicaron que para cantidades de entre 200 y 500 kilogramos, se alcanzan distancias de hasta 50 metros y diferencias de altura de hasta ocho metros.

Basándose en pruebas y diseños internos, Piab recomienda las siguientes configuraciones para la industria de fabricación aditiva de sus transportadores por vacío:

• piFLOW®p 3 litros con una bomba de 200, filtro PLR02 y línea de transporte de 32mm
• piFLOW®p 3 litros con una bomba de 400, filtro PLR04 y línea de transporte de 32mm o 38mm

Dependiendo del equipo elegido, cantidades entre 600 y 1000 kg/h y más pueden ser transportadas fácilmente con el equipo mencionado a una distancia de 10 metros y hasta una altura de 8 metros. Cantidades más grandes también pueden ser transportadas con este equipo en distancias más cortas, y alternativamente los expertos de Piab pueden configurar una solución personalizada para satisfacer necesidades específicas.

Accesorios adicionales disponibles como lanzas de alimentación y adaptadores, así como un módulo para ajustar al receptor. También se ofrecen soluciones personalizadas para aplicaciones con gases inertes y transportadores compactos.

Piab ofrece pruebas de transporte con polvos metálicos específicos del cliente en sus diferentes laboratorios de pruebas en todo el mundo.

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