Perché la misurazione dell'ossigeno è fondamentale per la produzione additiva

Come garantire la sicurezza, l'integrità del processo e la qualità dei pezzi con il monitoraggio dell'O2

Secondo gli analisti del settore, la domanda di produzione additiva è destinata ad aumentare di oltre il 20% all'anno almeno fino al 2030. Research and Markets. Questo tasso di crescita è fenomenale se si considera la maturità del mercato AM. È guidato da fattori quali la domanda di prodotti sempre più specializzati per applicazioni aerospaziali, mediche e di trasporto. Inoltre, l'interesse per la creazione di prodotti personalizzati sia per l'industria che per i consumatori contribuisce a questa tendenza. Altrettanto importante è lo sviluppo di nuovi materiali, in particolare i metalli utilizzati con sistemi di fusione a letto di polvere a fascio laser o elettronico.

Questi sistemi vengono progressivamente impiegati per lo sviluppo di prototipi, per la realizzazione di utensili per lo stampaggio a iniezione e per le macchine a controllo numerico e per la produzione di prodotti finiti; quest'ultima viene ora realizzata in volumi sempre maggiori grazie al miglioramento delle dimensioni dei letti e dei processi produttivi.

Comprendere i rischi legati all'ossigeno nelle polveri metalliche

Il crescente utilizzo di sistemi di fusione a letto di polvere, unito all'aumento della disponibilità di polveri metalliche, evidenzia l'importanza della misurazione dell'ossigeno per la sicurezza e l'efficienza del processo, nonché per l'alta qualità dei pezzi finiti.

La sicurezza è un prerequisito di qualsiasi processo industriale. Quando si producono, si utilizzano o si riciclano polveri fini metallizzate, i dipendenti sono esposti a rischi per la salute dovuti all'inalazione o al contatto con la pelle, oltre che al rischio di esplosione. Un'esplosione può essere causata dalla presenza di un materiale infiammabile, di una fonte di accensione e di ossigeno. La possibilità che tutti e tre siano presenti all'interno della camera di costruzione di un sistema di produzione additiva a letto di polvere è elevata, e anche concentrazioni estremamente basse di ossigeno creano un rischio significativo di incendio o esplosione.

L'ossigeno, tuttavia, può causare problemi anche in altre aree. In particolare, può ossidare i materiali di partenza, come l'alluminio e il titanio, influenzandone la resistenza meccanica e le proprietà termiche; ciò si traduce tipicamente in una compromissione della resistenza tra gli strati di polvere fusi o sinterizzati, in un aumento della porosità e in una riduzione della duttilità, tutti fattori che possono portare a problemi di qualità.

Misurare l'ossigeno per un processo ottimizzato

La maggior parte dei sistemi di produzione additiva a letto di polvere incorporerà un sensore e analizzatore per la misurazione dell'ossigeno, con l'output utilizzato per il monitoraggio del processo e il controllo della qualità. In particolare, questo tipo di strumento sarà utilizzato per rilevare cambiamenti nell'ambiente operativo causati da perdite, spurgo inefficace della camera di costruzione con gas inerte o incongruenze di sinterizzazione causate dalla contaminazione del materiale di partenza.

Il monitoraggio viene solitamente effettuato in modo continuo, per cui è essenziale che il sensore funzioni in modo affidabile e costante durante l'intero processo di sinterizzazione. Ciò può essere problematico con alcuni tipi di sensori che possono causare l'ossidazione della superficie o l'interferenza dei gas argon o azoto comunemente usati per inertizzare lo spazio nella camera di costruzione.

Un ulteriore requisito, dato lo spazio relativamente ridotto nella maggior parte delle camere di costruzione, è che i sensori siano compatti e facilmente accessibili in caso di sostituzione.

È qui che uno strumento come il nostro Analizzatore di ossigeno a prova di guasto SILO2 LT con capacità SIL svolge un ruolo fondamentale. Sviluppato specificamente per l'uso in applicazioni di produzione additiva critiche per la sicurezza, compresi i sistemi a letto di polvere e la produzione di polveri metallizzate, il sistema SILO2 LT è dotato di un sensore in zirconio robusto ma altamente sensibile. Con la capacità di rilevare concentrazioni di ossigeno fino a 1 ppm, questo sensore è stato progettato per un funzionamento ottimale in ambienti difficili e offre una risposta rapida, una deriva minima e una lunga durata operativa.

Questo sensore ad alte prestazioni, combinato con SILO2, può essere utilizzato come dispositivo indipendente o incorporato in piattaforme di controllo di livello superiore. Lo strumento combinato è conforme al protocollo Safety Integrity Level, in conformità alle norme IEC61508 e IEC61511, e incorpora una serie di funzioni di sicurezza; ad esempio, a differenza di altri sistemi, è in grado di distinguere immediatamente tra una mancanza di ossigeno e un guasto del sensore.

Infine, va notato che l'ossigeno non è l'unico contaminante potenziale per la produzione additiva; anche l'umidità può creare problemi che influiscono sull'efficienza del processo, sull'affidabilità e sulla qualità dei pezzi. L'integrazione di un adeguato strumento di misurazione dell'umidità o dell'umidità in ogni sistema di produzione additiva è quindi essenziale. La buona notizia è che possiamo fornire sensori e analizzatori di ossigeno, umidità e punto di rugiada come pacchetti integrati per gli OEM.