Comprendre les défis liés à la sécurité dans la fabrication additive métallique par fusion sur lit de poudre

Malgré tous les avantages offerts par la fabrication additive métallique (AM) PBF, il existe de réels défis en matière de sécurité qui doivent être relevés afin de protéger les personnes, les équipements et la productivité.

Risque d'incendie et d'explosion

Nous savons que la fusion sur lit de poudre (PBF) combine souvent des lasers ou des faisceaux d'électrons avec des poudres fines telles que l'aluminium ou le titane, et que ce mélange de chaleur intense et de combustible hautement réactif présente un risque d'inflammation en présence d'oxygène, avec un potentiel d'explosion. Le risque est accru car les poudres métalliques sont recouvertes d'une couche d'oxyde qui peut être éliminée lors de la manipulation et de l'impression, laissant des surfaces exposées qui réagissent violemment en présence d'oxygène.

Protection par atmosphères inertes

Pour faire face à ces risques, la plupart des machines PBF fonctionnent dans une atmosphère de gaz inerte, en utilisant de l'argon ou de l'azote pour maintenir une faible concentration en oxygène. Cela élimine l'un des éléments du triangle du feu, empêchant ainsi le développement de conditions inflammables ou explosives. Cette approche de sécurité repose sur la connaissance et le contrôle de la quantité d'oxygène présente dans l'atmosphère inerte. Si l'oxygène dépasse un seuil critique, l'environnement à l'intérieur de l'imprimante 3D/chambre de fabrication peut rapidement passer de " sûr " à " explosif " ; avec des sources d'inflammation telles que les lasers toujours présentes, une surveillance rigoureuse de l'oxygène devient essentielle tant pour la sécurité que pour la conformité.

Le cadre réglementaire

Les directives européennes ATEX classifient la manière dont les lieux de travail doivent gérer les atmosphères explosives. Les zones (20, 21, 22) définissent la fréquence à laquelle ces atmosphères sont susceptibles de se produire et fixent le niveau de contrôle requis. Pour la FA, le défi consiste à déterminer si un environnement inerte tel qu'une chambre de fabrication PBF doit être considéré comme une zone dangereuse et, le cas échéant, à quel niveau. Cela dépend entièrement de la fiabilité des systèmes d'inertage et de surveillance mis en place.

Des perspectives différentes, un même problème

Si le défi à relever est clair, la manière de le relever est plus complexe. Un ensemble de normes internationales guide la manière dont les fournisseurs et les exploitants de machines doivent aborder la sécurité, mais celles-ci ne sont pas toujours parfaitement harmonisées.

Cela signifie qu'un système de sécurité conçu pour répondre aux exigences d'un fournisseur peut ne pas être suffisant pour les responsabilités plus larges d'un opérateur.

Pourquoi SIL est important

Le niveau d'intégrité de sécurité (SIL) est la mesure globale de la fiabilité d'un système de sécurité. Dans la FA, le SIL s'applique aux systèmes qui maintiennent les niveaux d'oxygène suffisamment bas pour éviter les conditions explosives. Pour les fournisseurs, cela signifie souvent concevoir en mode " forte demande ", en supposant que des défaillances se produisent au moins une fois par an. Les opérateurs, cependant, peuvent vouloir tirer parti de défaillances moins fréquentes (mode " faible demande ") et utiliser des tests de vérification et des diagnostics pour justifier un SIL plus élevé.

La réglementation est claire à ce sujet : le système de sécurité doit être distinct du système de contrôle des processus. Dans la pratique, cela signifie que les machines AM doivent disposer de deux niveaux de contrôle :

Cette double approche garantit la conformité avec des directives telles que la directive ATEX 2014/34/UE, qui exige explicitement que les dispositifs de sécurité fonctionnent de manière indépendante. Le maintien de cette indépendance implique également de garantir la fiabilité des capteurs dans le temps. Dans le cadre de recherches menées en collaboration avec Irish Manufacturing Research (IMR), le principal organisme indépendant de recherche et de technologie en Irlande, Ntron Gas Measurement étudie l'impact des gaz résiduels (condensats) présents dans les machines PBF sur les performances des capteurs d'oxygène et développe des méthodes d'atténuation. Dans les installations de fabrication additive de pointe de l'IMR, nos analyseurs sont installés sur des machines à l'échelle industrielle afin d'être testés dans des conditions de fonctionnement réelles, reflétant les exigences des équipementiers et des utilisateurs finaux. Ce travail est essentiel pour garantir que les systèmes de sécurité indépendants restent fiables en théorie et en pratique.

Notre SILO2 L'analyseur d'oxygène est spécialement conçu pour cette double approche, destiné aux environnements où la qualité et la sécurité dépendent de niveaux d'oxygène extrêmement bas. Le SILO2 offre :

En fournissant des mesures d'oxygène fiables et conformes aux normes, l'analyseur SILO2 permet aux fournisseurs de concevoir des systèmes plus sûrs et donne aux opérateurs l'assurance dont ils ont besoin pour classer leurs processus comme " sûrs " plutôt que dangereux.

Le potentiel de la FA métallique est énorme, mais les risques sont réels. L'alignement de la conception des machines, des responsabilités des opérateurs et des normes de sécurité nécessite une surveillance robuste et indépendante de l'oxygène. Grâce à l'analyseur SILO2, les fournisseurs peuvent proposer des systèmes qui répondent à des exigences de sécurité strictes, tandis que les opérateurs ont l'assurance que leurs processus sont protégés.

Par David Beirne, chef de produit senior Point de rosée et oxygène