Der piFLOW®p Vakuumförderer hilft bei der Automatisierung der Pulverhandhabung

Mit den piFLOW®p Vakuumfördersystemen von Piab ist das Fördern von Pulvern für die Additive Fertigung eine sichere Sache.

Mit einer zu erwartenden jährlichen Wachstumsrate von durchschnittlich 25 % bis 2023 ist die Additive Fertigung eine der am schnellsten wachsenden Technologien. Mit zunehmender Weiterentwicklung der Technologie wachsen jedoch auch die Erwartungen der Benutzer und damit die Anforderungen an Sicherheit, Prozesssicherheit und Qualität.

Mögliche Integration eines piFLOW®p-Vakuumförderers in einer Fertigungsumgebung.

Die Besonderheiten beim Umgang mit Metallpulver

Die Handhabung von Metallpulver erfordert aufgrund seines Gefährdungspotenzials für die Mitarbeiter, seiner Explosivität und seines Wertes als hochpreisiger Bestandteil besondere Aufmerksamkeit. Metallpulvern ausgesetzt zu sein, stellt ein extrem hohes Gesundheitsrisiko für die Mitarbeiter dar, insbesondere wenn sie eingeatmet werden. Darüber hinaus kann das Heben und Handhaben schwerer Behälter oder Fässer zu ernsthaften Rücken- oder Schulterbelastungen führen.

Da Metallpulver atmosphärisch explosionsfähige Materialien sein können, sind hier die ATEX-Anforderungen (Anm.: ATEX = ATmosphères EXplosibles) zum Schutz von Anlagen zu erfüllen. Weitere konstruktive Überlegungen tragen dazu bei, das Risiko einer Geräteimplosion zu minimieren. Da die reinen Metalle oder deren Legierungen teure Bestandteile sind, ist die Sicherstellung ihrer Reinheit während der Herstellung durch Vermeidung von Kreuzkontaminationen oder Entmischungen und die Rückgewinnung von nicht verwendetem Material aus dem Prozess der Schlüssel für eine wirtschaftliche Tragfähigkeit. Die Lösung für alle drei Probleme ist ein geschlossener und automatisierter Prozess zur Handhabung von Metallpulvern, der auf Vakuumförderung basiert. Eine Technologie, die sich bereits als optimale Lösung in der Pharma- und Chemieindustrie erwiesen hat.

Die Vakuumförderer von Piab erfüllen die Anforderungen der additiven Fertigungsindustrie wie niedrige Bauhöhe, einfache Reinigung, geringer Geräuschpegel und ATEX-Zertifizierungen. Das in sich abgeschlossene System minimiert die Ausbreitung des Staubes während des Materialtransports, vermindert die Exposition gegenüber gefährlichen Stäuben und macht somit die Vakuumtechnologie von Piab ideal für die Handhabung von Metallpulvern. Darüber hinaus wird eine Verunreinigung des Materials mit anderen fremden Bestandteilen verhindert, dadurch bleibt die Struktur des Metallpulvers erhalten und die geforderte Qualität des 3D-Druckobjekts wird erreicht.

Mit umfassendem Wissen in der Anwendungstechnik unterstützt Piab die ehrgeizige Branche der Additiven Fertigung und hat spezielle Konfigurationen seines Premium-Vakuumförderers piFLOW®p für verschiedene Reinmetall- und Legierungstypen sowie unterschiedliche Produktionseinstellungen konfiguriert, die zum Befüllen des Druckers, des Siebs, des Trichters oder zum Zurückgewinnen von Metallpulver aus dem Drucker verwendet werden können.

Die Hochleistungsvakuumpumpe des piFLOW®p sorgt für einen kontinuierlichen Materialfluss auch bei hohen Schüttdichten.

Sieb- oder Trichterbefüllung mit Metallpulver

Die Zuführung von neuem oder wiedergewonnenem Metallpulver in ein Sieb oder in einen Trichter erfolgt normalerweise manuell, wodurch die Mitarbeiter den bekannten Gefahren ausgesetzt werden. Darüber hinaus besteht bei der manuellen Beschickung die Gefahr, dass wertvolles Metallpulver verloren geht. Die Vakuumförderer von Piab können beim Befüllen der Maschine das Pulver direkt aus dem Original-Behälter unter Luftabschluss aufnehmen und dem Drucker zuführen. Dies führt zu einem automatisierten Prozess, einer verbesserten Produktivität, einer geringeren Abhängigkeit vom Bediener und einer sichereren, sauberen und ergonomischeren Arbeitsumgebung.

ATEX-konforme Filter für extra feine Pulver beim Einsatz in der Additiven Fertigung.

Wichtige Überlegungen beim Fördern von Metallpulver

Das Fördern von Metallpulvern in der Additiven Fertigung ist eine Herausforderung, beginnend mit der hohen Schüttdichte. Metallpulver können bis zu 8 kg/l wiegen, während Pulver im Pharma- oder Lebensmittelsektor im Allgemeinen zwischen 0,8 und 1,2 kg/l liegen. Dies erfordert wesentlich leistungsstärkere Vakuumsysteme, um das Metallpulver in Bewegung zu halten. Gleichzeitig werden für einen Produktionsprozess relativ geringe Mengen benötigt, in der Regel nicht mehr als 100 kg/h – das sind 12,5 l Fördervolumen.

Aufgrund der hohen Schüttdichte und des großen Filters im System sowie des zusätzlich erforderlichen Abluftfilters zur Gewährleistung der Sicherheit der Mitarbeiter und des Schutzes vor Ort, wird eine entsprechend große Vakuumpumpe benötigt, um die erforderliche Saugleistung zu erzielen. Die Produktionszeit im 3D-Druckprozess ist relativ lang und die aktiven Förderzeiten sind kurz. Dank der automatischen Abschaltung der Vakuumpumpe im Leerlauf ist der piFLOWp-Vakuumförderer sehr energieeffizient, insbesondere im Vergleich zu mechanischen Pumpen, die im Leerlauf weiterlaufen müssen. Somit bleiben die Energiekosten für die automatisierte Abgabe und Befüllung niedrig. Im Gegensatz zu mechanischen Pumpen fügt das durch Druckluft erzeugte Vakuum dem 3D-Druckprozess keine Wärme hinzu.

Die geringe Stellfläche und die niedrige Bauhöhe machen das Vakuumfördersystem von Piab zu einer attraktiven Lösung, die in ein 3D-Drucksystem oder eine tragbare Sieblösung eingebaut oder in dieses integriert werden kann. Darüber hinaus ermöglicht das geringe Gewicht die Verwendung derselben Förder- und Sieblösung für mehrere Drucker. Das konisch geformte Design des piFLOWp ist besonders starr und steif, wodurch das Risiko einer Implosion ausgeschlossen wird. Die Ausführung des piFLOWp in Edelstahl gewährleistet eine einfache Reinigung und hohe Widerstandsfähigkeit sowie Langlebigkeit.

Empfohlene Vakuumfördererkonfigurationen

Um die interessantesten Förderaufbauten für die additive Fertigungsindustrie zu ermitteln, hat Piab zahlreiche Tests mit verschiedenen typischen additiven Fertigungsmaterialien durchgeführt, unter anderem mit Edelstahl- und Aluminiumpulver. Die Tests basieren auf der Annahme, dass der Behälter, in dem sich das Pulver befindet, an einem anderen Ort gelagert wird als an dem Ort, an dem der Druck stattfindet. Für Mengen zwischen 200 und 500 kg waren dabei Entfernungen von bis zu 50 m zurückzulegen, sowie Höhenunterschiede von bis zu 8 m.

Basierend auf internen Tests und Designs empfiehlt Piab für die additive Fertigungsindustrie den piFLOWp 3 l mit einer 200 Pumpe, PLR02 Filter und einer Förderlinie von 32 mm oder den piFLOWp 3 l mit einer 400 Pumpe, PLR04 Filter und einer Förderlinie von 32 bzw. 38 mm. Je nach gewählter Ausstattung können Mengen zwischen 600 und 1.000 kg/h und mehr mit dem oben genannten Aufbau problemlos über eine Entfernung von 10 m und bis zu einer Höhe von 8 m gefördert werden. Größere Mengen können mit den oben genannten Geräten über kürzere Entfernungen gefördert werden. Alternativ können die Experten von Piab eine maßgeschneiderte Lösung konfigurieren, die den jeweiligen Anforderungen entspricht.

Zusätzliches Zubehör wie Zufuhrdüsen und Adapter sowie ein zum Auffangbehälter passendes Modul sind ebenso erhältlich wie kundenspezifische Lösungen für Inertgasanwendungen und kompakte Förderer. Darüber hinaus bietet Piab in seinen verschiedenen Testlabors auf der ganzen Welt Fördertests mit kundenspezifischen Metallpulvern an.