Automatisering av pulverhantering vid additiv tillverkning

Den additiv tillverkningsindustrin har hittills fokuserat på skrivarteknik. Med sin höga tillväxttakt och ökande kapacitetkrav är automatisering av metallpulverhantering nyckeln till att etablera tekniken som en standardprocess inom läkemedels-, flyg- och fordonsindustrin - dess största användargrupper. Piabs vakuumtransportlösning fyller denna lucka med testade och beprövade system.

Med en beräknad och förväntad sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 25 % fram till 2023 är additiv tillverkning en av de snabbast växande teknikerna som påverkar branschen idag. Tekniken ger tydliga fördelar för användaren relaterade till design och tillverkning av komplexa delar, prototyper och små seriekörningar, hittills främst för labb- och FoU-syften. Men i takt med att tekniken mognar lär sig användaren och därmed ökar kraven på säkerhet, processens tillförlitlighet och kvalitet.

Eftersom utvecklingen av printer-utrustning saknar en helhetssyn, behöver omgivande processsteg och teknologier utvecklas eller anpassas, där det är möjligt, och integreras i det totala processflödet. En viktig process som bidrar till den långsiktiga framgången för additiv tillverkning, särskilt inom tillverkning av metalldelar, gäller hantering av metallpulver.

Specifikationer för metallpulverhantering

Metallpulverhantering kräver särskild uppmärksamhet på grund av potentiell fara för personal, explosivitet och värde som ingrediens till ett högt pris.

Exponering för metallpulver utgör en extremt hög hälsorisk för anställda, särskilt när de drar ner det in i lungorna. Dessutom kan lyft och hantering av tunga behållare eller tunnor leda till allvarliga rygg- eller axelbelastningar.

Eftersom metallpulver kan vara explosiva material gäller ATEX-krav för att skydda anläggningen. Ytterligare överväganden gällande konstruktion hjälper till att minimera risken för implosion av utrustning.

Eftersom rena metaller eller legeringar är dyra ingredienser som säkerställer deras renhet under produktion genom att undvika korskontaminering eller segregering och återvinning av oanvänt material från processen är nyckeln till en ekonomiskt lönsam konfiguration.

Lösningen på de tre problemen är en sluten och automatiserad hantering av metallpulver baserat på vakuumtransportteknik. En teknik som redan har visat sig vara en optimal lösning inom läkemedels- och kemiindustrin, vilka möter liknande utmaningar gällande materialhantering.

Piabs vakuumtransportörer uppfyller kraven på låg bygghöjd, enkel rengöring, låga ljudnivåer och ATEX-certifieringar i den additiva tillverkningsindustrin. Det slutna systemet minimerar spridningen av damm under transport av materialet, vilket minimerar exponeringen för farligt damm, och detta gör Piabs vakuumteknik idealisk för överföring av metallpulver. Dessutom håller det materialet fritt från föroreningar från andra partiklar, vilket innebär att strukturen hos metallpulverenheterna bibehålls och att rätt kvalitet på det 3D-tryckta föremålet uppfylls.

Som en global marknadsledare inom vakuumtransport med omfattande kunskap inom applikationsteknik stöder Piab den ambitiösa additiva tillverkningsindustrin och har konfigurerat specifika uppsättningar av sin premium piFLOW®p vakuumtransportör för olika rena metall- och legeringstyper samt olika produktionsinställningar, och kan används för att fylla skrivaren, sikten eller tratten eller för att återvinna metallpulver från skrivaren.

Fylla på skrivaren med metallpulver

I detta steg transporteras oanvänt eller återvunnet metallpulver från en sikt/metalltunna eller tratt till skrivaren. Piabs vakuumtransportörer kan hämta pulver direkt från tunnan och mata skrivaren - detta ökar produktiviteten såväl som personalens säkerhet.

Fyllning av metallpulver i sikt eller tratt

Att mata oanvänt eller återvunnet metallpulver till en sikt eller tratt görs vanligtvis manuellt, vilket är beroende av operatören och utsätter personalen för metaller och tunga lyft. Dessutom är det svårt att säkerställa att allt metallpulver tas upp från tunnan/behållaren vilket resulterar i förlust av värdefullt material. Piabs piFLOW®p kan effektivt mata sikten eller tratten direkt från den ursprungliga tillverkarens tunna/behållare vilket leder till en automatiserad process och förbättrad produktivitet, minskat beroende av operatören samt en säkrare och mer ergonomisk arbetsmiljö. Vakuumtransportören kan integreras i bärbara siktlösningar tack vare deras låga vikt, vilket gör det möjligt att använda samma vakuumtransportör och siktlösning för olika skrivare.

Återvinna metallpulver från skrivaren       

Metallpulver är både dyra och farliga så lämplig återvinning från skrivaren är avgörande. Piabs piFLOW®p vakuumtransportörer kan transportera metallpulver från skrivaren till sikten eller en tunna via ett slutet system och därmed öka produktiviteten men också säkerställa personalens säkerhet.

Viktiga överväganden vid transport av metallpulver

Transport av metallpulver i additiv tillverkning innebär utmaningar, som börjar med den höga bulkdensiteten. Metallpulver kan väga upp till åtta kg per liter (kg/l), medan pulver inom läkemedels- eller livsmedelssektorn i allmänhet ligger mellan 0,8 och 1,2 kg/l. Detta kräver betydligt kraftigare vakuumsystem för att hålla metallpulvret i rörelse. Samtidigt behövs endast relativt små mängder för en produktionsprocess, vanligtvis inte mer än 100 kg per timme - det vill säga 12,5 liter transporterad volym.

På grund av den höga bulkdensiteten och det stora filtret i systemet liksom det extra nödvändiga frånluftsfiltret för att säkerställa personalens säkerhet samt platsskydd krävs en motsvarande stor vakuumpump för att uppnå den nödvändiga sugkraften. Produktionstiden i 3D-utskriftsprocessen är relativt lång medan transporttiderna är korta. Tack vare automatisk avstängning av vakuumpumpen vid tomgång är piFLOW®p vakuumtransportör mycket energieffektiv, särskilt i jämförelse med mekaniska pumpar som måste fortsätta köras även vid tomgång. Därmed blir det låga energikostnader för automatiserad leverans och påfyllning. Till skillnad från mekaniska pumpar tillför inte tryckluftsdrivna vakuumejektorer någon värme till 3D-utskriftsprocessen.

Mindre varianter och låg bygghöjd gör Piabs vakuumtransportsystem till en attraktiv lösning som kan byggas in eller integreras i en övergripande 3D-utskriftserbjudande eller bärbar siktlösning. Dessutom gör den lätta vikten det möjligt att använda samma transportör och siktlösning för flera skrivare. Designen är i en konisk form av piFLOW®p gör den extra robust, vilket eliminerar risken för implosion.

Eftersom vakuumtransportörer för additiv tillverkningsindustri behöver klara de mest krävande förhållanden, gör rengöringsförmågan i kombination med styrkan i rostfritt stål - av vilket piFLOW®p tillverkas - till det material som valts för industrin.

Rekommenderade konfigurationer för vakuumtransportör

För att identifiera de mest intressanta transportkonfigurationerna för additiv tillverkningsindustri har Piab genomfört ett flertal tester med olika typiska additiva tillverkningsmaterial, bland annat rostfritt stål och aluminiumpulver. Testerna baserades på antagandet att tunnan eller behållaren som innehåller pulvret lagras på en annan plats än där tryckningen sker. Följaktligen, för kvantiteter mellan 200 och 500 kg avstånd upp till 50 meter där det kan uppnås liksom höjdskillnad på upp till åtta meter.

Baserat på interna tester och konstruktioner rekommenderar Piab följande konfigurationer för additiv tillverkningsapplikationer för sina vakuumtransportörer:

• piFLOW®p 3 liter med en 200-pump, PLR02-filter och 32 mm transportsledning
• piFLOW®p 3 liter med en 400-pump, PLR04-filter och 32 mm eller 38 mm transportsledning

Beroende på vald utrustning kan kvantiteter mellan 600 och 1000 kg/tim och överföras enkelt med ovanstående konfiguration över ett avstånd av 10 meter och upp till en höjd av 8 meter. Större kvantiteter kan transporteras med ovanstående utrustning över kortare avstånd, alternativt kan Piabs experter konfigurera en skräddarsydd lösning för att möta respektive behov.

Ytterligare tillbehör som matarrör och adaptrar samt en modul som passar mottagaren finns tillgängliga - liksom skräddarsydda lösningar för applikationer för inert gas och kompakta transportörer.

Piab erbjuder transporttest med kundens specifika metallpulver i sina olika testlaboratorier runt om i världen.

Vill du veta mer? Kontakta oss!