Автоматическая погрузка, разгрузка и транспортировка порошков в аддитивном производстве

На настоящий момент отрасль аддитивного производства сосредоточивается на технологии принтеров. Благодаря высоким темпам роста и растущим возможностям, автоматизация погрузки, разгрузки и транспортировки металлических порошков является ключом к утверждению технологии в качестве стандартного процесса в медицинской, аэрокосмической и автомобильной отраслях – крупнейших пользовательских группах данной технологии. Решение по погрузке, разгрузке и вакуумной транспортировке порошков от компании Piab заполняет пробелы в этой сфере испытанными и надежными системами.

При прогнозируемых совокупных темпах годового роста в 25 % до 2023 года аддитивное производство является одной из самых быстрорастущих технологий, влияющих на современную промышленность. Технология предоставляет пользователю явные преимущества, связанные с проектированием и изготовлением сложных деталей, созданием прототипов и малосерийным производством – на текущий момент в основном для лабораторных и научно-исследовательских целей. Тем не менее, по мере развития технологии совершенствуется и сам пользователь, а вместе с тем возрастают требования к безопасности, надежности процессов и качеству.

Поскольку при разработке на основе оборудования для печати отсутствует целостный подход, необходимо разрабатывать или адаптировать, где это возможно, окружающие технологические этапы и технологии, а также интегрировать их в общий технологический процесс. Основной процесс, способствующий долгосрочному успеху аддитивного производства, особенно в области производства металлических деталей, касается погрузки, разгрузки и транспортировки металлических порошков.

Специфика погрузки, разгрузки и транспортировки металлических порошков

Погрузка, разгрузка и транспортировка металлических порошков требует особого внимания в связи с их потенциальной опасностью для работников, их взрывоопасностью и ценностью в качестве дорогостоящего ингредиента.

Контакт с металлическими порошками представляет собой чрезвычайно высокий риск для здоровья сотрудников, особенно при вдыхании в легкие. Кроме того, подъем и транспортировка тяжелых контейнеров или бочек может привести к серьезным нагрузкам на спину или плечи.

Поскольку металлические порошки могут являться взрывоопасными материалами в атмосфере, для защиты объекта применяются требования директив ЕС в отношении оборудования и работы в потенциально взрывоопасной среде (ATEX). Дополнительные факторы, связанные с конструкцией, также помогают свести к минимуму риск взрыва оборудования.

Поскольку чистые металлы или их сплавы являются дорогостоящими ингредиентами, обеспечение их чистоты в процессе производства путем предотвращения любого перекрестного загрязнения или сегрегации, а также восстановление неиспользованного в рамках процесса материала являются ключом к экономически целесообразной организации процессов.

Решением всех трех проблем является закрытый и автоматизированный процесс погрузки, разгрузки и перемещения металлических порошков, основанный на технологии вакуумной транспортировки. Эта технология уже зарекомендовала себя в качестве оптимального решения в фармацевтической и химической отраслях, сталкивающихся с аналогичными сложностями при транспортировке материалов.

Вакуумные конвейеры Piab соответствуют требованиям к малой высоте сооружений, простоте уборки, низкому уровню шума и сертификации ATEX в индустрии аддитивного производства. Изолированная и закрытая система минимизирует распространение пыли во время транспортировки материала, сводя к минимуму ее опасное воздействие, что делает вакуумную технологию Piab идеально подходящей для перемещения металлических порошков. Кроме того, она предохраняет материал от загрязнения примесями от других частиц, а это означает, что структура звеньев металлического порошка остается неизменной, и при этом обеспечивается надлежащее качество объекта, печатаемого на 3D-принтере.

Являясь мировым лидером на рынке вакуумной транспортировки, обладающим обширными знаниями в области разработки инженерных решений для конкретных задач, компания Piab поддерживает амбициозную индустрию аддитивного производства, обеспечив настройку специальных конфигураций своего вакуумного конвейера премиум-класса piFLOW®p как для различных типов чистого металла и сплавов, так и для производственных установок. Такие конфигурации могут использоваться для наполнения принтера, просеивателя или бункера, а также для удаления металлического порошка из принтера.

Наполнение принтера металлическим порошком

На данном этапе первичный или вторичный металлический порошок транспортируется из просеивателя/металлической бочки или бункера в принтер. Вакуумные конвейеры Piab могут выполнять подбор порошка непосредственно из бочки и подавать его в принтер – это повышает производительность, а также безопасность сотрудников.

Заполнение просеивателя или бункера металлическим порошком

Подача первичного или вторичного металлического порошка в просеиватель или бункер обычно производится вручную, что в значительной степени зависит от оператора и подвергает работника воздействию металлов и необходимости поднимать тяжести. Кроме того, трудно обеспечить удаление всего металлического порошка из бочки/контейнера, что приводит к потере ценного материала. piFLOW®p от Piab может эффективно выполнять подачу материала на просеиватель или бункер непосредственно из бочки/контейнера оригинального производителя, что приводит к автоматизации процесса и повышению производительности, уменьшению зависимости от оператора и более безопасной и эргономичной рабочей среде. Вакуумный конвейер может быть интегрирован в портативные решения для просеивания благодаря своему небольшому весу, что позволяет использовать один и тот же вакуумный конвейер и просеивающее решение с разными принтерами.

Удаление металлического порошка из принтера

Металлические порошки являются дорогими и одновременно опасными материалами, поэтому надлежащее их удаление из принтера имеет решающее значение. Вакуумные конвейеры piFLOW®p от Piab могут транспортировать металлические порошки от принтера к просеивателю или бочке через закрытую систему, при этом не только увеличивать производительность, но и обеспечивать безопасность сотрудников.

Важные аспекты в отношении транспортировки металлических порошков

Транспортировка металлических порошков в аддитивном производстве связана с трудностями, прежде всего с высокой объемной плотностью. Плотность металлических порошков может достигать восьми килограммов на литр (кг/л), в то время как плотность порошков в фармацевтической или пищевой промышленности обычно составляет от 0,8 до 1,2 кг/л. Это требует значительно более мощных вакуумных систем для обеспечения движения металлического порошка. В то же время для производственного процесса необходимы лишь относительно небольшие количества порошка, как правило, не более 100 килограммов в час – то есть 12,5 л в транспортируемом объеме.

Благодаря высокой объемной плотности и большому фильтру в системе, а также дополнительно необходимой фильтрации отработанного воздуха для обеспечения безопасности сотрудников и защиты объекта, для достижения необходимой мощности всасывания требуется соответствующий крупногабаритный вакуумный насос. Время производства в процессе 3D-печати является относительно длительным, а время активной транспортировки – небольшим. Автоматическое выключение вакуумного насоса на холостом ходу делает вакуумный конвейер piFLOW®p очень энергоэффективным, особенно по сравнению с механическими насосами, которые должны продолжать работать на холостом ходу. Благодаря этому затраты энергии на автоматизированную доставку и наполнение остаются низкими. В отличие от применения механических насосов, вакуум, создаваемый сжатым воздухом, не добавляет никакого тепла в процесс 3D-печати.

Благодаря небольшой площади и низкой высоте установки, вакуумная конвейерная система Piab является привлекательным решением для встраивания или интеграции в комплексную систему 3D-печати или портативное решение для просеивания. Кроме того, легкий вес позволяет использовать один и тот же конвейер и просеиватель для нескольких принтеров. Конструкция конической формы piFLOW®p обеспечивает исключительную жесткость и твердость агрегата, исключая риск взрыва.

Поскольку вакуумные конвейеры для отрасли аддитивного производства должны справляться с самыми сложными условиями, легкая очистка в сочетании с присущей прочностью делает нержавеющую сталь, из которой изготавливается piFLOW®p, предпочтительным материалом для отрасли.

Рекомендуемые конфигурации вакуумных конвейеров

Для определения наиболее интересных транспортировочных конфигураций для отрасли аддитивного производства, компания Piab провела многочисленные испытания различных типичных материалов для аддитивного производства, в том числе с порошками из нержавеющей стали и алюминия. Испытания основывались на предположении, что бочка или контейнер для порошка хранится в другом месте, отличном от места проведения печати. Следовательно, при количестве материала от 200 до 500 килограммов обеспечивалось расстояние до 50 метров, где это возможно, равно как и перепад высот до восьми метров.

На основании внутренних испытаний и конструкций компания Piab рекомендует следующие конфигурации вакуумных конвейеров для отрасли аддитивной промышленности:

• piFLOW®p, 3 литра, с насосом 200, фильтром PLR02 и транспортировочной линией 32 мм
• piFLOW®p, 3 литра, с насосом 400, фильтром PLR04 и транспортировочной линией 32 или 38 мм

В зависимости от выбранного оборудования, количество материала от 600 до 1000 кг/ч и более может легко транспортироваться с помощью вышеупомянутой конфигурации на расстояние до 10 метров и на высоту до 8 метров. С помощью вышеуказанного оборудования можно транспортировать более значительные объемы продукции на более короткие расстояния. В качестве альтернативы специалисты Piab могут настроить индивидуальное решение для удовлетворения соответствующих потребностей.

Доступны дополнительные принадлежности, такие как подающие сопла и адаптеры, а также модуль для установки приемника, и, кроме того, индивидуальные решения для сфер применения с использованием инертного газа и компактных конвейеров.

Компания Piab предлагает испытания по транспортировке с использованием металлических порошков, определенных заказчиком, в различных испытательных лабораториях по всему миру.

Хотите узнать больше? Свяжитесь с нами!