Warum die Sauerstoffmessung für die additive Fertigung so wichtig ist

oli and gas

Wie man Sicherheit, Prozessintegrität und Teilequalität mit O2-Überwachung gewährleistet

Laut Branchenanalysten von Research and Markets wird die Nachfrage nach additiver Fertigung bis mindestens 2030 jährlich um über 20 % steigen. Diese Wachstumsrate ist angesichts der Reife des AM-Marktes phänomenal. Sie wird durch Faktoren wie die Nachfrage nach zunehmend spezialisierten Produkten für die Luft- und Raumfahrt, die Medizin und das Transportwesen angetrieben. Darüber hinaus trägt das Interesse an der Herstellung maßgeschneiderter Produkte für Industrie und Verbraucher zu diesem Trend bei. Ebenso wichtig ist die Entwicklung neuer Werkstoffe, insbesondere von Metallen, die mit Laser- oder Elektronenstrahl-Pulverbettfusionssystemen verwendet werden.


Diese Systeme werden nach und nach für die Entwicklung von Prototypen, für die Herstellung von Werkzeugen für Spritzguss- und CNC-Maschinen und für die Fertigung von Endprodukten eingesetzt; letztere werden jetzt in immer größeren Mengen hergestellt, da die Bettgrößen und die Fertigungsverfahren verbessert werden.

Verständnis der Sauerstoffrisiken in Metallpulvern

Der zunehmende Einsatz von Pulverbettschmelzanlagen in Verbindung mit der wachsenden Verfügbarkeit von Metallpulvern macht deutlich, wie wichtig die Sauerstoffmessung für die Prozesssicherheit und -effizienz sowie für die hohe Qualität der fertigen Teile ist.

Sicherheit ist eine Voraussetzung für jeden industriellen Prozess. Wenn feine metallisierte Pulver hergestellt, verwendet oder recycelt werden, besteht für die Mitarbeiter ein Gesundheitsrisiko durch Einatmen oder Hautkontakt sowie das Risiko einer Explosion. Eine Explosion kann ausgelöst werden, wenn ein brennbares Material, eine Zündquelle und Sauerstoff vorhanden sind. Die Wahrscheinlichkeit, dass alle drei in der Baukammer eines additiven Pulverbett-Fertigungssystems vorhanden sind, ist hoch, wobei selbst extrem niedrige Sauerstoffkonzentrationen ein erhebliches Brand- oder Explosionsrisiko darstellen.

Sauerstoff kann jedoch auch in anderen Bereichen Probleme verursachen. Insbesondere kann er Ausgangsmaterialien wie Aluminium und Titan oxidieren und deren mechanische Festigkeit und thermische Eigenschaften beeinträchtigen. Dies führt in der Regel zu einer verminderten Festigkeit zwischen verschmolzenen oder gesinterten Pulverschichten, erhöhter Porosität und verringerter Duktilität, was alles zu Qualitätsproblemen führen kann.

Sauerstoffmessung für einen optimierten Prozess

Die meisten Systeme für die additive Fertigung im Pulverbett verfügen über eine Sauerstoffmesssensor und Analysator, Die Ergebnisse werden für die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle verwendet. Insbesondere wird diese Art von Instrumenten eingesetzt, um Veränderungen in der Betriebsumgebung zu erkennen, die durch Leckagen, unwirksame Spülung der Baukammer mit Inertgas oder durch Verunreinigungen des Ausgangsmaterials verursachte Unregelmäßigkeiten beim Sintern verursacht werden.

Die Überwachung erfolgt in der Regel kontinuierlich, so dass es wichtig ist, dass der Sensor während des gesamten Sinterprozesses zuverlässig und konstant arbeitet. Dies kann bei bestimmten Sensortypen problematisch sein, da diese in der Regel zu Oberflächenoxidation oder Störungen durch die Argon- oder Stickstoffgase führen, die üblicherweise zur Inertisierung des Raums in der Baukammer verwendet werden.

In Anbetracht des relativ geringen Platzes in den meisten Baukammern ist es außerdem wichtig, dass die Sensoren kompakt und leicht zugänglich sind, falls sie ersetzt werden müssen.

Hier kann ein Instrument wie unser SIL-capable SILO2 LT Fail-Safe Oxygen Analyzer spielt eine entscheidende Rolle. Speziell für den Einsatz in sicherheitskritischen additiven Fertigungsanwendungen, einschließlich Pulverbettsystemen und der Herstellung von metallisierten Pulvern, entwickelt, ist das SILO2 LT fverfügt über einen robusten und dennoch hochempfindlichen Zirkoniumdioxid-Sensor. Mit der Fähigkeit, Sauerstoffkonzentrationen von bis zu 1 ppm zu erkennen, ist dieser Sensor für den optimalen Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt und bietet eine schnelle Reaktion, minimale Drift und eine lange Lebensdauer.

Sil02

Dieser hochleistungsfähige Sensor, kombiniert mit SILO2, kann als eigenständiges Gerät verwendet oder in übergeordnete Steuerungsplattformen integriert werden. Das kombinierte Gerät entspricht dem Safety-Integrity-Level-Protokoll gemäß IEC61508 und IEC61511 und verfügt über eine Reihe von ausfallsicheren Funktionen; so kann es beispielsweise im Gegensatz zu anderen Systemen sofort zwischen Sauerstoffmangel und einem Sensorausfall unterscheiden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Sauerstoff nicht der einzige potenzielle Verunreiniger bei der additiven Fertigung ist; auch Feuchtigkeit kann Probleme verursachen, die die Prozesseffizienz, die Zuverlässigkeit und die Qualität der Teile beeinträchtigen. Die Integration eines geeigneten Feuchtigkeitsmessgeräts in jedes additive Fertigungssystem ist daher unerlässlich. Die gute Nachricht ist, dass wir Sauerstoff-, Feuchte- und Taupunktsensoren und -Analysatoren als integrierte Pakete für OEMs liefern können.


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