Automatisation de la manutention de poudres dans la fabrication additive

Jusqu’à présent, le secteur de la fabrication additive s’est concentré sur la technologie de l’impression. Avec ses taux de croissance élevés et ses capacités qui augmentent, l’automatisation de la manutention des poudres métalliques est essentielle pour faire de cette technologie un processus standard dans les secteurs médical, aérospatial et automobile, ses principaux groupes d’utilisateurs. La solution de manutention de poudres par transport pneumatique de Piab comble cette lacune à l’aide de systèmes testés et prouvés.

Avec un taux de croissance annuel cumulé estimé à 25 % jusqu’en 2023, la fabrication additive est l’une des technologies à la croissance la plus rapide qui impacte notre industrie actuelle. La technologie offre de vrais avantages à l’utilisateur en termes de conception et de fabrication de pièces complexes, de prototypes et de petites séries, principalement pour les laboratoires et la R&D. La technologie évolue toutefois en même temps que l’utilisateur et en parallèle, la demande en termes de sécurité, de fiabilité des processus et de qualité augmente.

Puisque le développement axé sur les machines d’impression manque d’une approche holistique, des étapes de processus et des technologies environnantes doivent être développées ou adaptées, là où cela est possible, puis intégrées à l’ensemble du processus. L’un des processus principaux contribuant au succès à long terme de la fabrication additive, notamment dans le champ de la production de pièces en métal, concerne la manutention de poudres métalliques.

Les caractéristiques de la manutention de poudres métalliques

La manutention de poudres métalliques nécessite une attention toute particulière en raison de son potentiel dangereux pour les employés, de son explosivité et de sa valeur en tant qu’ingrédient coûteux.

L’exposition aux poudres métalliques présente un risque extrêmement élevé pour la santé des employés, surtout lorsqu’ils l’inhalent dans leurs poumons. En outre, soulever et manipuler des conteneurs ou des fûts lourds peut entraîner de graves tensions dans le dos ou les épaules.

Puisque les poudres métalliques peuvent être des matériaux qui explosent dans l’atmosphère, les exigences ATEX s’appliquent afin de protéger les installations. D’autres considérations relatives à la construction aident à minimiser le risque d’implosion de l’équipement.

Les métaux purs ou les alliages de ces derniers étant des ingrédients coûteux, s’assurer de leur pureté pendant la production en évitant toute contamination croisée ou ségrégation, et récupérer les matériaux inutilisés dans le processus, sont deux tâches essentielles pour une installation économiquement viable.

La solution aux trois problèmes est un processus de manutention de poudres métalliques automatisé et hermétique, basé sur la technologie de transport pneumatique. Une technologie qui a déjà prouvé qu’elle était une solution optimale dans les secteurs de la pharmacie et de la chimie, qui rencontrent tous deux des besoins similaires en termes de manutention de matériaux.

Les transporteurs pneumatiques de Piab répondent aux exigences relatives à la faible hauteur d’encombrement, à la facilité de nettoyage, aux faibles niveaux sonores et aux certifications ATEX dans l’industrie de la fabrication additive. Le système confiné et hermétique minimise la propagation de la poussière pendant le transport de la matière, ainsi que l’exposition aux poussières dangereuses, ce qui rend la technologie de vide de Piab parfaitement adaptée au transfert de poudres métalliques. Par ailleurs, il protège la matière contre la contamination par des impuretés provenant d’autres particules, c’est-à-dire que la structure des unités de poudres métalliques reste inchangée, tout en assurant que la qualité adéquate de l’objet imprimé en 3D soit respectée.

En tant que leader du marché mondial dans le transport pneumatique, avec une connaissance approfondie en ingénierie d’application, Piab soutient l’industrie ambitieuse de la fabrication additive et a créé des configurations spécifiques de son transporteur pneumatique haut de gamme piFLOW®p pour différents types de métaux purs et d’alliages, ainsi que diverses conditions de production. Celui-ci peut être utilisé afin de remplir l’imprimante, le tamis ou la trémie ou pour récupérer la poudre métallique de l’imprimante.

Remplissage de l’imprimante avec de la poudre métallique

À cette étape, la poudre métallique vierge ou récupérée est transportée depuis un tamis/fût en métal ou une trémie vers l’imprimante. Les transporteurs pneumatiques de Piab peuvent récupérer la poudre directement du fût et alimenter l’imprimante, ce qui augmente la productivité et la sécurité des employés.

Remplissage du tamis ou de la trémie avec de la poudre métallique

L’alimentation en poudre métallique vierge ou récupérée d’un tamis ou d’une trémie est généralement effectuée manuellement, ce qui entraîne un processus fortement dépendant de l’opérateur et expose l’employé aux métaux et au levage lourd. En outre, il est difficile de s’assurer que toute la poudre métallique est ramassée dans le fût/conteneur, ce qui entraîne une perte de matière précieuse. Le piFLOW®p de Piab peut alimenter efficacement le tamis ou la trémie directement depuis le fût/conteneur du fabricant d’origine, ce qui permet des processus automatisés et une productivité améliorée, une dépendance de l’opérateur réduite, ainsi qu’un environnement de travail plus sûr et plus ergonomique. Le transporteur pneumatique peut être intégré à des solutions de tamis portables grâce à son poids léger, ce qui permet d’utiliser la même solution de transporteur pneumatique et de tamis pour différentes imprimantes.

Récupération de la poudre métallique dans l’imprimante

Les poudres métalliques sont coûteuses et dangereuses. Il est donc essentiel de les récupérer correctement dans l’imprimante. Les transporteurs pneumatiques piFLOW®p de Piab peuvent transporter des poudres métalliques de l’imprimante au tamis ou au fût via un système hermétique, ce qui augmente non seulement la productivité, mais assure aussi la sécurité des employés.

Précautions importantes pour le transport de poudres métalliques

Le transport de poudres métalliques dans la fabrication additive entraîne des défis, à commencer par la densité en vrac élevée. Les poudres métalliques peuvent peser jusqu’à huit kilos par litre (kg/l), alors que les poudres des secteurs pharmaceutique ou agroalimentaire pèsent généralement entre 0,8 et 1,2 kg/l. Des systèmes pneumatiques plus puissants sont donc nécessaires afin d’assurer le transfert de la poudre métallique. Dans le même temps, seules des quantités relativement faibles sont nécessaires pour un processus de production. En général, moins de 100 kilogrammes, c’est-à-dire un volume de 12,5 l, doivent être transportés par heure.

En raison de la densité en vrac élevée et du grand filtre du système, ainsi que du filtre d’échappement de l’air supplémentaire nécessaire pour garantir la sécurité des employés et la protection du site, une pompe à vide de taille correspondante doit être utilisée afin d’obtenir la puissance d’aspiration requise. La durée de production du processus d’impression 3D est relativement longue et les temps de transport effectifs sont courts. Grâce à l’arrêt automatique de la pompe à vide lorsque celle-ci est inactive, le transporteur pneumatique piFLOW®p est extrêmement écoénergétique, en particulier si on le compare aux pompes mécaniques qui doivent continuer à tourner au ralenti. Les dépenses énergétiques liées au transport et au remplissage automatisés restent donc faibles. Contrairement aux pompes mécaniques, le vide généré par l’air comprimé n’ajoute pas de chaleur au processus d’impression 3D.

La faible empreinte et hauteur d’encombrement font du système de transport pneumatique de Piab une solution intéressante à intégrer dans une offre d’impression 3D globale ou une solution de tamis portable. De plus, son poids léger permet d’utiliser la même solution de transport et de tamis pour plusieurs imprimantes. La conception de forme conique du piFLOW®p le rend particulièrement rigide, éliminant ainsi le risque d’implosion.

Puisque les transporteurs pneumatiques de l’industrie de la fabrication additive doivent faire face aux circonstances les plus exigeantes, sa facilité de nettoyage et sa résistance innée font de l’acier inoxydable, dans lequel le piFLOW®p est fabriqué, la matière préférée de l’industrie.

Configurations recommandées du transporteur pneumatique

Afin de trouver la configuration de transport la plus intéressante pour l’industrie de la fabrication additive, Piab a réalisé de nombreux tests avec différents matériaux courants de fabrication additive, dont l’acier inoxydable et la poudre d’aluminium. Les tests étaient basés sur l’hypothèse que le fût ou le conteneur renfermant la poudre était stocké sur un site différent de celui où l’impression avait lieu. Ainsi, pour des quantités entre 200 et 500 kg, des distances allant jusqu’à 50 mètres étaient réalisables, tout comme des différences de hauteur jusqu’à huit mètres.

Sur la base de tests et de conceptions internes, Piab recommande les configurations suivantes de ses transporteurs pneumatiques pour l’industrie de la fabrication additive :

• piFLOW®p 3 litres avec pompe 200, filtre PLR02 et conduite de transport 32 mm
• piFLOW®p 3 litres avec pompe 400, filtre PLR04 et conduite de transport 32 mm ou 38 mm

En fonction de l’équipement choisi et avec la configuration évoquée ci-dessus, les quantités entre 600 et 1 000 kg/h et plus peuvent être facilement transportées sur une distance de 10 mètres et une hauteur allant jusqu’à 8 mètres. De plus grandes quantités peuvent être transportées avec l’équipement ci-dessus sur des distances plus courtes, ou bien les experts de Piab peuvent configurer une solution personnalisée afin de répondre aux besoins spécifiques des clients.

D’autres accessoires, tels que des buses d’alimentation, des adaptateurs et un module à adapter au récepteur, sont disponibles, tout comme des solutions personnalisées pour les applications de gaz inerte et les transporteurs de style compact.

Piab propose aux clients des tests de transport avec des poudres métalliques spécifiques dans ses différents laboratoires de tests à travers le monde.

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