Por que a medição de oxigênio é vital para a manufatura aditiva

Como garantir a segurança, a integridade do processo e a qualidade das peças com o monitoramento de O2

A demanda por manufatura aditiva deve aumentar em mais de 20% ao ano até pelo menos 2030, de acordo com analistas do setor Pesquisa e Mercados. Essa taxa de crescimento é fenomenal, dada a maturidade do mercado de AM. Ela é impulsionada por fatores como a demanda por produtos cada vez mais especializados para aplicações aeroespaciais, médicas e de transporte. Além disso, o interesse em criar produtos personalizados tanto para o setor quanto para os consumidores está contribuindo para essa tendência. Igualmente importante é o desenvolvimento de novos materiais, especialmente metais usados com sistemas de fusão de leito de pó a laser ou feixe de elétrons.

Esses sistemas são progressivamente empregados no desenvolvimento de protótipos, na criação de ferramentas para moldagem por injeção e máquinas CNC, e na fabricação de produtos acabados; estes últimos estão sendo produzidos em volumes cada vez maiores, à medida que os tamanhos das camas e os processos de fabricação melhoram.

Compreensão dos riscos do oxigênio em pós metálicos

O uso cada vez maior de sistemas de fusão em leito de pó, combinado com o crescimento da disponibilidade de pós metálicos, destaca a importância da medição de oxigênio para a segurança e a eficiência do processo, bem como para a alta qualidade das peças acabadas.

A segurança é um pré-requisito de qualquer processo industrial. Quando pós finos metalizados estão sendo fabricados, usados ou reciclados, os funcionários enfrentam riscos à saúde por inalação ou contato com a pele, bem como o risco de explosão. Uma explosão pode ser causada se um material inflamável, uma fonte de ignição e oxigênio estiverem presentes. O potencial para que todos os três estejam presentes na câmara de construção em qualquer sistema de manufatura aditiva de leito de pó é alto, sendo que mesmo concentrações extremamente baixas de oxigênio criam um risco significativo de incêndio ou explosão.

No entanto, o oxigênio também pode causar problemas em outras áreas. Em particular, ele pode oxidar materiais de matéria-prima, como alumínio e titânio, afetando sua resistência mecânica e propriedades térmicas; isso normalmente resulta em comprometimento da resistência entre camadas de pó fundidas ou sinterizadas, aumento da porosidade e redução da ductilidade, o que pode levar a problemas de qualidade.

Medição de oxigênio para um processo otimizado

A maioria dos sistemas de manufatura aditiva de leito de pó incorpora um sensor e analisador de medição de oxigênio, com a saída usada para fins de monitoramento do processo e controle de qualidade. Especificamente, esse tipo de instrumento será usado para detectar alterações no ambiente operacional causadas por vazamentos, purga ineficaz da câmara de construção com gás inerte ou inconsistências de sinterização causadas por contaminação da matéria-prima.

O monitoramento geralmente é realizado continuamente, o que torna essencial que o sensor tenha um desempenho confiável e consistente durante todo o processo de sinterização. Isso pode ser problemático com determinados tipos de sensores, que normalmente podem levar à oxidação da superfície ou à interferência dos gases argônio ou nitrogênio normalmente usados para inertizar o espaço na câmara de construção.

Um requisito adicional, dado o espaço relativamente pequeno na maioria das câmaras de construção, é que os sensores sejam compactos e de fácil acesso, caso precisem ser substituídos.

É nesse ponto que um instrumento como o nosso Analisador de oxigênio à prova de falhas SILO2 LT com capacidade SIL desempenha um papel fundamental. Desenvolvido especificamente para uso em aplicações de manufatura aditiva de segurança crítica, incluindo sistemas de leito de pó e a fabricação de pós metalizados, o SILO2 LT sensor de oxigênio de Zircônia é robusto, porém altamente sensível. Com a capacidade de detectar concentrações de oxigênio tão baixas quanto 1 ppm, esse sensor foi projetado para uma operação ideal em ambientes adversos e oferece resposta rápida, desvio mínimo e longa vida útil.

TEsse sensor de alto desempenho, combinado com o SILO2, pode ser usado como um dispositivo autônomo ou incorporado a plataformas de controle de nível superior. O instrumento combinado está em conformidade com o protocolo Safety Integrity Level, de acordo com as normas IEC61508 e IEC61511, e incorpora uma série de funções à prova de falhas; por exemplo, diferentemente de outros sistemas, ele pode distinguir imediatamente entre a falta de oxigênio e uma falha no sensor.

Como ponto final, deve-se observar que o oxigênio não é o único contaminante em potencial para a manufatura aditiva; a umidade também pode criar problemas que afetam a eficiência do processo, a confiabilidade e a qualidade das peças. Portanto, é essencial incorporar um instrumento adequado de medição de umidade ou umidade em cada sistema de manufatura aditiva. A boa notícia é que podemos fornecer sensores e analisadores de oxigênio, umidade e ponto de orvalho como pacotes integrados para OEMs.