Trocken-Vorabscheider R26 von Ruwac für den Metall-3D-Druck

Bei additiven Fertigungsprozessen entstehen feine Stäube und Dämpfe. Hier setzen die spezialisierten Sauglösungen von Ruwac an.

Der Prozess der Absaugung von Metallpulver aus dem Arbeitsraum einer Anlage für die Additive Fertigung ist der gleiche wie bei zahlreichen anderen Anlagen der industriellen Produktion: Überschüssiges Pulver muss entfernt und der Arbeitsraum gesäubert werden. Aber es gibt zwei Besonderheiten, die in dieser Kombination sonst eher nicht auftreten. Das Pulver ist reaktiv, und es ist wertvoll. Weil es reaktiv ist, muss es inertisiert werden. Das wiederum verhindert oft, dass es in den Prozess zurückgeführt werden kann, weil die Inertisierung die Materialeigenschaften verändert.

Der NA7-26 Nassabscheider ermöglicht ein inertisiertes Absaugen von reaktivem Metallpulver.

Nassabscheider: Bewährte Begleiter des Metall-3D-Drucks

Für diese Inertisierung gibt es einen bewährten Prozessschritt: Reaktives Pulver wird zunächst in einen Behälter mit Flüssigkeit geleitet und gezielt verwirbelt. Diese Aufgabe übernehmen Nassabscheider, die sich frühzeitig im Metall-3D-Druck etablierten. Im Behälter vermischt sich das abgesaugte Metallstaub-Luft-Gemisch mit der Flüssigkeit. Das bindet den Staub an die Flüssigkeit und es entsteht ein Sediment, das nach unten sinkt. Restliche Staubpartikel werden anschließend in Filterpatronen abgeschieden.

Einfacher Wechsel der Sammelbehälter im Trocken-Vorabscheider R26.

Sicherer Betrieb, komfortable Bedienung

Die Ruwac-Nassabscheider NA7 und NA35 erledigen diese Aufgabe so effektiv, dass mehrere namhafte Hersteller von Anlagen für das Selektive Laserschmelzen (LPBF) sie – zum Teil in kundenspezifischer Ausführung – in ihr Programm aufgenommen haben. Ruwac hat diese Anlagen kontinuierlich und mit Blick auf speziell diese Anwendung weiterentwickelt – bei dem sehr kompakten NA7-26 durch einen Fahrwagen, der die komfortable Entnahme und den sicheren Transport des Flüssigkeitsbehälters erlaubt. Der Füllstand im Behälter wird erfasst, ebenso Differenzdruck und Unterdruck. Die Werte sind auf einem Bedien- und Anzeigepanel ablesbar.

Diverse Konstruktionsmerkmale erhöhen die Betriebssicherheit des NA7-26. Eine Sicherheitsklappe verhindert einen Saugbetrieb ohne Verwirbelungssieb. Dadurch ist gewährleistet, dass man immer durch Flüssigkeit saugt. Der Potenzialausgleich zum 3D-Drucker wird mechanisch abgefragt.

Trocken-Vorabscheider R26 mit Nassabscheider NA7-26.

Wunsch nach Wiederverwendung des Pulvers

Auch wenn sich diese Nassabscheider-Baureihe im Metall-3D-Druck gut etablierte – der Wunsch der Anwender nach Wiederverwendung des überschüssigen Pulvers ließ sich mit ihnen nicht erfüllen. Das ist auch deshalb ärgerlich, weil je nach Druckjob beträchtliche Anteile des Pulvers nicht zum Bauteil verschmolzen, d. h. für ihren eigentlichen Zweck verwendet werden. Das treibt die Kosten in die Höhe und verschlechtert auch die CO₂-Bilanz. Aus Sicht der Ressourceneffizienz ist diese Relation ebenfalls verbesserungsbedürftig. Eben diese Verbesserung war Ziel des Projektes „Steigerung der Pulverrecyclingrate durch Optimierung des Absaug- und Aufbereitungsprozesses“ (Projekt Result), das von der Projektgruppe Prozessinnovation/Additive Fertigung des Fraunhofer IPA in Bayreuth initiiert wurde.

Erster Schritt: Trockenabscheidung im Hochgeschwindigkeits-Zyklon

In der gemeinsamen Projektarbeit entstand ein Vorabscheider auf Basis eines Hochgeschwindigkeits-Zyklons, der dem bewährten und für den Einsatz beim Metall-3D-Druck optimierten und ausgelegten Nassabscheider der NA-Serie vorgeschaltet wird. Grundsätzlich ist dies eine bewährte Art der Vorabscheidung – allerdings nicht bei reaktiven Materialien, weshalb hier sorgfältige Entwicklungsarbeit zu leisten war.

Ein wesentlicher Teil dieser Entwicklungsarbeit entfiel auf die Aufgabe, die Reaktivität des Pulvers zu berücksichtigen, ohne seine chemischen und physikalischen Eigenschaften zu beeinflussen. Dies gelang beim neuen Trocken-Vorabscheider R26 unter anderem durch einen zuverlässigen Potenzialausgleich aller Komponenten, einschließlich des nachfolgenden Nassabscheiders und der 3D-Druck-Anlage. Durch das Sicherstellen des Potenzialausgleichs vermeidet man das Risiko einer wirksamen Zündquelle.

Wiederverwendungsquote: Von 0 auf 98 %

Umfassende Praxistests im Fraunhofer IPA Bayreuth und im Ruwac-Entwicklungszentrum haben gezeigt: Rund 98 % des aus dem Arbeitsraum abgesaugten Pulvers werden im Zyklon gesammelt und damit trocken abgeschieden. Sie müssen nur noch gesiebt werden und lassen sich dann für die Produktion von LPBF-Bauteilen weiterverwenden. Es bleiben nur noch 2 %, die im nachgeschalteten Nassabscheider inertisiert und anschließend entsorgt werden.

Fazit: Ein Meilenstein in Sachen Effizienzsteigerung

Auf der Formnext 2024, wo die ersten Prototypen der neuen Trocken-Vorabscheider mit der Bezeichnung R26 vorgestellt wurden, registrierten die Mitarbeiter des Ruwac-Kompetenzzentrums Additive Fertigung sehr großes Interesse sowohl der Hersteller als auch der Anwender von LPBF-Anlagen. Die Gründe dafür sind offensichtlich: Erstmals kann der allergrößte Anteil des überschüssigen Pulvers wiederverwendet werden. Das verringert die Kosten deutlich und steigert zugleich die Nachhaltigkeit des LPBF-Prozesses. Beides wird erreicht, ohne dass der Anwender Nachteile in Kauf nehmen muss.

Serienreifes Verfahren mit vielen Vorteilen

Zu den zusätzlichen Vorteilen, die sich durch den Einsatz des Trocken-Vorabscheiders ergeben, gehören auch eine geringere Verschmutzung des Flüssigkeitsbehälters sowie das verbesserte Handling (sehr viel weniger Entsorgungsvorgänge) und der verringerte Wartungsaufwand.

Ruwac bietet den R26, dessen Serienproduktion jetzt beginnt, in unterschiedlichen Ausführungen für die einzelnen Nassabscheider-Modelle (NA7 und NA35) an. Bei den Nassabscheidern können die Anwender Optionen wie z. B. eine elektronische Füllstandüberwachung und eine Abfrage des Potenzialausgleichs wählen.

Auch Nachrüstung vorhandener Nassabscheider ist möglich

Nochmals attraktiver wird das von Ruwac zur Serienreife entwickelte Verfahren dadurch, dass vorhandene Nassabscheider einfach durch die neue Vorabscheider-Technologie mit Hochgeschwindigkeits-Zyklon nachgerüstet werden können. Hier sieht Ruwac großes Potenzial, und das haben die Gespräche mit den Messebesuchern auf der Formnext bestätigt.

Schließlich steigert ein R26 die Wiederverwendungsquote des Pulvers von 0 auf 98 % – mit überschaubarem Investitionsaufwand. Der Anwender muss dafür allerdings eine gedankliche Hürde überwinden: Üblicherweise gilt es als gefährlich, das Metallpulver trocken abzusaugen. Für den neu entwickelten Vorabscheider gilt das nicht mehr.