Comprender el reto de la seguridad en la fabricación aditiva metálica por fusión en lecho de polvo

A pesar de todas las ventajas que ofrece la fabricación aditiva metálica (AM) PBF, existen retos reales en materia de seguridad que deben abordarse para proteger a las personas, los equipos y la productividad.

El riesgo de incendio y explosión

Sabemos que la fusión en lecho de polvo (PBF) a menudo combina láseres o haces de electrones con polvos finos como el aluminio o el titanio, y esta mezcla de calor intenso y combustible altamente reactivo supone un riesgo de ignición en presencia de oxígeno, con el potencial de una explosión. El riesgo aumenta porque los polvos metálicos se suministran con una capa de óxido que puede desprenderse durante la manipulación y la impresión, dejando superficies expuestas que reaccionan violentamente en presencia de oxígeno.

Protección con atmósferas inertes

Para hacer frente a estos riesgos, la mayoría de las máquinas PBF funcionan con una atmósfera de gas inerte, utilizando argón o nitrógeno para mantener baja la concentración de oxígeno. Esto elimina uno de los lados del triángulo del fuego, evitando que se desarrollen condiciones inflamables o explosivas. Este enfoque de seguridad depende del conocimiento y el control de la cantidad de oxígeno en la atmósfera inerte. Si el oxígeno supera un umbral crítico, el entorno dentro de la impresora 3D/cámara de construcción puede pasar rápidamente de "seguro" a "explosivo"; con fuentes de ignición como los láseres siempre presentes, la monitorización robusta del oxígeno se convierte en un elemento central tanto para la seguridad como para el cumplimiento normativo.

El panorama normativo

Las directivas ATEX de Europa clasifican cómo deben gestionar los lugares de trabajo las atmósferas explosivas. Las zonas (20, 21, 22) definen la frecuencia con la que se espera que se produzcan dichas atmósferas y establecen el nivel de control necesario. Para la AM, el reto radica en decidir si un entorno inerte, como una cámara de construcción PBF, debe considerarse una zona peligrosa y, en caso afirmativo, en qué nivel. Eso depende totalmente de la fiabilidad de los sistemas de inertización y monitorización instalados.

Diferentes perspectivas, mismo problema

Si bien el desafío aquí es evidente, el camino para gestionarlo es más complejo. Una red de normas internacionales orienta la forma en que los proveedores y operadores de maquinaria deben abordar la seguridad, y estas no siempre están perfectamente alineadas.

Esto significa que un sistema de seguridad diseñado para cumplir con los requisitos de un proveedor puede no ser suficiente para las responsabilidades más amplias de un operador.

Por qué es importante SIL

El nivel de integridad de seguridad (SIL) es la medida global de la fiabilidad de un sistema de seguridad. En AM, el SIL se aplica a los sistemas que mantienen los niveles de oxígeno lo suficientemente bajos como para evitar condiciones explosivas. Para los proveedores, esto suele significar diseñar en modo de «alta demanda», asumiendo que se producen fallos al menos una vez al año. Sin embargo, es posible que los operadores quieran atribuirse el mérito de que los fallos sean menos frecuentes (modo de «baja demanda») y utilizar pruebas de verificación y diagnósticos para justificar un SIL más alto.

Las normativas dejan claro este punto: el sistema de seguridad debe estar separado del sistema de control del proceso. En la práctica, esto significa que las máquinas de AM necesitan dos capas de control:

Este doble enfoque garantiza el cumplimiento de directivas como la ATEX 2014/34/UE, que exige explícitamente que los dispositivos de seguridad funcionen de forma independiente. Mantener esa independencia también significa garantizar que los sensores funcionen de forma fiable a lo largo del tiempo. Como parte de la investigación en curso con la organización independiente líder en investigación y tecnología de Irlanda, Irish Manufacturing Research (IMR), Ntron Gas Measurement está estudiando cómo los gases residuales (condensados) de las máquinas PBF pueden afectar al rendimiento de los sensores de oxígeno y desarrollando métodos de mitigación. En las avanzadas instalaciones de fabricación aditiva de IMR, nuestros analizadores se instalan en máquinas a escala de producción para ser probados en condiciones de funcionamiento reales, reflejando las demandas de los fabricantes de equipos originales y los usuarios finales. Este trabajo es clave para garantizar que los sistemas de seguridad independientes sigan siendo fiables en la teoría y en la práctica.

Nuestro SILO2 El analizador de oxígeno está diseñado específicamente para ese doble enfoque, creado para entornos en los que tanto la calidad como la seguridad dependen de niveles de oxígeno ultrabajos, el SILO2 proporciona:

Al proporcionar mediciones de oxígeno fiables y conformes con las normas, el analizador SILO2 permite a los proveedores diseñar sistemas más seguros y ofrece a los operadores la garantía que necesitan para clasificar sus procesos como «seguros» en lugar de peligrosos.

El potencial de la fabricación aditiva metálica es enorme, pero los riesgos son reales. La alineación del diseño de las máquinas, las responsabilidades de los operadores y las normas de seguridad requieren una monitorización del oxígeno robusta e independiente. Con el analizador SILO2, los proveedores pueden ofrecer sistemas que cumplen con los exigentes requisitos de seguridad, mientras que los operadores ganan tranquilidad al saber que sus procesos están protegidos.

Por David Beirne, director sénior de productos Dewpoint & Oxygen