Por qué la medición del oxígeno es vital para la fabricación aditiva

Cómo garantizar la seguridad, la integridad del proceso y la calidad de las piezas con la supervisión del O2

Según los analistas del sector, la demanda de fabricación aditiva aumentará más de un 20% anual hasta 2030 como mínimo. Research and Markets. Esta tasa de crecimiento es fenomenal dada la madurez del mercado de la AM. Está impulsado por factores como la demanda de productos cada vez más especializados para aplicaciones aeroespaciales, médicas y de transporte. Además, el interés por crear productos personalizados tanto para la industria como para los consumidores está contribuyendo a esta tendencia. Igualmente importante es el desarrollo de nuevos materiales, sobre todo metales utilizados con sistemas de fusión de lecho de polvo por láser o haz de electrones.

Estos sistemas se emplean progresivamente en el desarrollo de prototipos, la fabricación de herramientas para máquinas de moldeo por inyección y CNC, y la fabricación de productos acabados; estos últimos se producen ahora en volúmenes cada vez mayores a medida que mejoran los tamaños de las camas y los procesos de fabricación.

Entender los riesgos del oxígeno en los polvos metálicos

El uso cada vez mayor de sistemas de fusión de lecho de polvo combinado con el aumento de la disponibilidad de polvos metálicos pone de relieve la importancia de la medición del oxígeno para la seguridad y la eficacia del proceso, así como para la alta calidad de las piezas acabadas.

La seguridad es un requisito previo de cualquier proceso industrial. Cuando se fabrican, utilizan o reciclan polvos metalizados finos, los empleados se enfrentan a riesgos para la salud por inhalación o contacto con la piel, así como al riesgo de explosión. Una explosión puede producirse si están presentes un material inflamable, una fuente de ignición y oxígeno. La posibilidad de que estos tres elementos estén presentes en la cámara de fabricación de cualquier sistema de fabricación aditiva en lecho de polvo es alta, e incluso concentraciones extremadamente bajas de oxígeno pueden crear un riesgo significativo de incendio o explosión.

Sin embargo, el oxígeno también puede causar problemas en otras áreas. En concreto, puede oxidar las materias primas, como el aluminio y el titanio, afectando a su resistencia mecánica y sus propiedades térmicas; esto suele traducirse en una menor resistencia entre las capas de polvo fundido o sinterizado, un aumento de la porosidad y una reducción de la ductilidad, todo lo cual puede dar lugar a problemas de calidad.

Medición del oxígeno para un proceso optimizado

La mayoría de los sistemas de fabricación aditiva en lecho de polvo incorporan un sensor y analizador de medición de oxígeno, cuyo resultado se utilizará para la supervisión del proceso y el control de calidad. En concreto, este tipo de instrumento se utilizará para detectar cambios en el entorno operativo causados por fugas, una purga ineficaz de la cámara de construcción con gas inerte o incoherencias en la sinterización causadas por la contaminación de la materia prima.

La supervisión suele realizarse de forma continua, por lo que es esencial que el sensor funcione de forma fiable y constante durante todo el proceso de sinterización. Esto puede resultar problemático con determinados tipos de sensores, que suelen provocar la oxidación de la superficie o interferencias de los gases argón o nitrógeno utilizados habitualmente para inertizar el espacio de la cámara de construcción.

Otro requisito, dado el espacio relativamente reducido de la mayoría de las cámaras de construcción, es que los sensores sean compactos y de fácil acceso en caso de que haya que sustituirlos.

Aquí es donde un instrumento como nuestro SIL-capable SILO2 LT Fail-Safe Oxygen Analyzer plays a vital role. Developed specifically for use in safety-critical additive manufacturing applications, including powder bed systems and the manufacture of metalized powders, the SILO2 LT incorpora un sensor de óxido de circonio robusto y muy sensible. Con capacidad para detectar concentraciones de oxígeno tan bajas como 1 ppm, este sensor está diseñado para un funcionamiento óptimo en entornos difíciles y ofrece una respuesta rápida, una deriva mínima y una larga vida útil.

Este sensor de alto rendimiento, combinado con SILO2, puede utilizarse como dispositivo autónomo o incorporarse a plataformas de control de nivel superior. El instrumento combinado cumple el protocolo de Nivel de Integridad de la Seguridad, de acuerdo con las normas IEC61508 e IEC61511, e incorpora una serie de funciones a prueba de fallos; por ejemplo, a diferencia de otros sistemas, puede distinguir inmediatamente entre la falta de oxígeno y un fallo del sensor.

Por último, cabe señalar que el oxígeno no es el único contaminante potencial de la fabricación aditiva; la humedad también puede crear problemas que afecten a la eficacia del proceso, la fiabilidad y la calidad de las piezas. Por lo tanto, es esencial incorporar un instrumento de medición de la humedad adecuado a cada sistema de fabricación aditiva. La buena noticia es que podemos suministrar sensores y analizadores de oxígeno, humedad y punto de rocío como paquetes integrados para fabricantes de equipos originales.