Ako vlastne funguje odsávanie... v pracovnom priestore 3D tlačiarní na kov?

Prášok ako nevyhnutná súčasť procesu – a zároveň ako problém

Pri aditívnej výrobe s kovmi vzniká každý komponent v práškovom lôžku. Laser roztaví presne tie oblasti, ktoré tvoria budúci komponent. Celý okolný prášok zostáva nespracovaný – a po každom tlačovom procese sa musí odstrániť z pracovného priestoru, aby mohol začať ďalší cyklus.

Znie to ako jednoduchá úloha čistenia. Nie je to tak.

Zostávajúci prášok je totiž zároveň surovinou, rizikom aj nákladovým faktorom. Musí sa odstrániť bez zmeny jeho vlastností, bez vytvorenia bezpečnostných rizík a pokiaľ možno bez spôsobenia strát materiálu.

Prečo tu nefunguje konvenčné odsávanie

Kovové prášky pre aditívnu výrobu – napríklad titán, hliník alebo zliatiny nehrdzavejúcej ocele – sú reaktívne prachy. Pri jemnom rozptyle, aký vzniká pri odsávaní, môžu s vzduchom vytvárať výbušné zmesi. Čistenie naplneného pracovného priestoru konvenčným priemyselným vysávačom preto nie je bezpečnou možnosťou.

Osvedčeným riešením je mokré odlučovanie. Odsatý prášok sa odvádza do kvapaliny, kde stráca svoju reaktivitu a môže sa bezpečne likvidovať. Spoločnosť RUWAC vyvinula pre túto úlohu kompaktné mokré odlučovače – na základe skúseností so spracovaním reaktívnych kovov, ako je hliník alebo titán, kde reaktívne kovové prachy už desaťročia patria k bežnej pracovnej praxi. Tieto systémy sú dnes etablované aj v oblasti aditívnej výroby kovov.

Táto metóda je bezpečná a osvedčená. Jej nevýhoda: materiál nie je po mokrom oddelení opätovne použiteľný.

Často sa predpokladá, že bezpečnosť a spätné získavanie materiálu sú protiklady. Prax však ukazuje, že oba ciele je možné skombinovať – ak je architektúra procesu navrhnutá zodpovedajúcim spôsobom.

Prečo je strata materiálu ekonomickým problémom

Kovové prášky pre aditívnu výrobu sú drahé. V prípade titánu alebo špeciálnych zliatin sa náklady na materiál pohybujú v rozmedzí niekoľkých stoviek eur za kilogram. Po každom tlačovom procese zostáva v pracovnom priestore nezpracovaná značná časť použitého prášku – časť, ktorá sa pri dôslednej mokrej separácii úplne stratí.

Kto chce prevádzkovať aditívnu výrobu ekonomicky, nemôže preto obísť otázku spätného získavania materiálu.

Nejde tu o optimalizáciu detailov, ale o základný ekonomický pákový efekt: čím vyšší je podiel opätovne použiteľného prášku, tým stabilnejšia je nákladová štruktúra celého výrobného procesu.

Nový postup: cyklón pred mokrým odlučovačom

Spoločnosť RUWAC spoločne s Fraunhofer IPA vyvinula a otestovala postup, ktorý spája bezpečnosť a spätné získavanie materiálu.

Princíp: Pred mokrým odlučovačom je umiestnený vysokorýchlostný cyklón. Odsatý prášok najprv prechádza cyklónom, ktorý oddelí prevažnú časť v suchom stave – teda bez kontaktu s kvapalinou a tým v stave, ktorý v zásade umožňuje opätovné použitie. Iba zostávajúca časť sa dostane do nasledujúceho mokrého odlučovača, kde sa inertizuje a likviduje.

Výsledky testov Fraunhofer IPA ukazujú: približne 98 percent odsávaného prášku sa v cyklóne oddelí suchou cestou. Po preosievaní a kontrole kvality sa môže opäť použiť na výrobu. Mokrou cestou sa oddelí len asi 2 percentá.

Samotný proces tlače zostáva nezmenený. Zároveň odpadá časovo náročný manuálny krok čistenia pomocou kefy a zbernej nádoby. Pracovný priestor je rýchlejšie opäť k dispozícii pre ďalšiu úlohu.

Čo tento proces ukazuje

Mokrý odlučovač a predbežná separácia v cyklóne nie sú samy osebe nové technické princípy. Rozhodujúca je ich kombinácia – prispôsobená špecifickým požiadavkám reaktívnych kovových práškov v aditívnej výrobe.

To dokazuje typický inžiniersky princíp priemyselnej odsávacej techniky: pokrok často nevzniká vďaka novým jednotlivým technológiám, ale vďaka inteligentnej kombinácii existujúcich princípov.

Ak sa približne 98 percent materiálu oddelí za sucha a po spracovaní sa môže opätovne použiť, mení to nielen čistenie, ale aj ekonomickú analýzu celého procesu.

Zaradenie

V aditívnej výrobe sa odsávacia technika často posudzuje primárne z hľadiska bezpečnosti. Tento pohľad je správny, ale neúplný.

Táto aplikácia ukazuje, že odsávacia technika je zároveň otázkou bezpečnosti, toku materiálu a ekonomickej efektívnosti. Rozhodujúce nie je len to, ako bezpečne sa prášok odstraňuje, ale aj to, ako kontrolovane sa môže vrátiť späť do materiálového cyklu.

V takýchto aplikáciách sa ukazuje, že relevantná otázka neznie: Ktorá zložka má najvyšší výkon? Ale: V ktorom bode toku materiálu zasahuje systém – a čo to umožňuje v ďalšom procese? Spoločnosť RUWAC vyvíja mokré odlučovače a cyklónové predseparátore ako vzájomne zosúladené systémové riešenia, pretože práve táto súčinnosť rozhoduje o bezpečnosti a hospodárnosti.