Compreendendo o desafio da segurança na fabricação aditiva de metais por fusão em leito de pó

Apesar de todos os benefícios da Manufatura Aditiva (AM) de metais PBF, existem desafios reais de segurança que devem ser enfrentados para proteger pessoas, equipamentos e produtividade.

O risco de incêndio e explosão

Sabemos que a fusão por leito de pó (PBF) frequentemente combina lasers ou feixes de elétrons com pós finos, como alumínio ou titânio, e essa mistura de calor intenso e combustível altamente reativo representa um risco de ignição na presença de oxigênio, com potencial para explosão. O risco aumenta porque os pós metálicos são fornecidos com uma camada de óxido que pode ser removida durante o manuseio e a impressão, deixando superfícies expostas que reagem violentamente na presença de oxigênio.

Proteção com atmosferas inertes

Para lidar com esses riscos, a maioria das máquinas PBF opera com uma atmosfera de gás inerte, usando argônio ou nitrogênio para manter baixa a concentração de oxigênio. Isso remove um dos lados do triângulo do fogo, impedindo o desenvolvimento de condições inflamáveis ou explosivas. Essa abordagem de segurança depende do conhecimento e do controle da quantidade de oxigênio na atmosfera inerte. Se o oxigênio ultrapassar um limite crítico, o ambiente dentro da impressora 3D/câmara de construção pode mudar rapidamente de “seguro” para “explosivo”; com fontes de ignição, como lasers, sempre presentes, o monitoramento robusto do oxigênio torna-se fundamental para a segurança e a conformidade.

O panorama regulatório

As diretivas ATEX da Europa classificam como os locais de trabalho devem gerenciar atmosferas explosivas. As zonas (20, 21, 22) definem a frequência com que se espera que tais atmosferas ocorram e estabelecem o nível de controle necessário. Para a AM, o desafio reside em decidir se um ambiente inerte, como uma câmara de construção PBF, deve ser considerado uma zona perigosa e, em caso afirmativo, em que nível. Isso depende inteiramente da confiabilidade dos sistemas de inertização e monitoramento instalados.

Perspectivas diferentes, mesmo problema

Se o desafio aqui é claro, o caminho para gerenciá-lo é mais complexo. Uma rede de normas internacionais orienta como os fornecedores e operadores de máquinas devem abordar a segurança, e estas nem sempre estão perfeitamente alinhadas

Fornecedores de máquinas Siga as normas relativas às máquinas (IEC 13849 / IEC 62061), com foco na proteção dos operadores que interagem diretamente com a impressora 3D.

Operadores seguir as normas da indústria de processos (IEC 61511), que exigem que sejam considerados riscos mais amplos, incluindo o impacto potencial de explosões além da própria impressora.

Isso significa que um sistema de segurança projetado para atender aos requisitos de um fornecedor pode não ser suficiente para as responsabilidades mais amplas de um operador.

Por que a SIL é importante

O Nível de Integridade de Segurança (SIL) é a medida global da confiabilidade de um sistema de segurança. Na AM, o SIL se aplica a sistemas que mantêm os níveis de oxigênio baixos o suficiente para evitar condições explosivas. Para os fornecedores, isso geralmente significa projetar no modo de “alta demanda”, presumindo que as falhas ocorram pelo menos uma vez por ano. Os operadores, no entanto, podem querer levar em consideração as falhas menos frequentes (modo de “baixa demanda”) e usar testes de prova e diagnósticos para justificar um SIL mais alto.

Os regulamentos deixam isso claro: o sistema de segurança deve ser separado do sistema de controle do processo. Na prática, isso significa que as máquinas AM precisam de duas camadas de controle:

1. Processo de inertização para manter baixo o nível de oxigênio para garantir a qualidade da impressão.

2. Monitoramento independente de oxigênio para intervir caso o primeiro sistema falhe.

Essa abordagem dupla garante a conformidade com diretivas como a ATEX 2014/34/UE, que exigem explicitamente que os dispositivos de segurança funcionem de forma independente. Manter essa independência também significa garantir que os sensores funcionem de forma confiável ao longo do tempo. Como parte da pesquisa em andamento com a Irish Manufacturing Research (IMR), organização independente líder em pesquisa e tecnologia da Irlanda, a Ntron Gas Measurement está estudando como os gases residuais (condensados) nas máquinas PBF podem afetar o desempenho do sensor de oxigênio e desenvolvendo métodos de mitigação. Nas instalações avançadas de manufatura aditiva da IMR, nossos analisadores são instalados em máquinas em escala de produção para serem testados em condições operacionais reais, refletindo as demandas dos OEMs e usuários finais. Esse trabalho é fundamental para garantir que os sistemas de segurança independentes permaneçam confiáveis em teoria e na prática.

Nosso SILO2 O analisador de oxigênio foi projetado especificamente para essa abordagem dupla, feito para ambientes onde tanto a qualidade quanto a segurança dependem de níveis ultrabaixos de oxigênio, o SILO2 oferece:

Medição de alta integridade projetado para atender aos requisitos SIL, dando aos operadores a confiança de que os riscos relacionados ao oxigênio estão sob controle.

Capacidade de monitoramento independente, permitindo que funcione como o sistema de segurança secundário exigido pelos regulamentos.

Flexibilidade entre padrões, ajudando fornecedores e operadores a preencher a lacuna entre os requisitos focados em máquinas e os focados em processos.

Ao fornecer medições de oxigênio confiáveis e em conformidade com as normas, o analisador SILO2 permite que os fornecedores projetem sistemas mais seguros e dá aos operadores a garantia de que precisam para classificar seus processos como “seguros” em vez de perigosos.

O potencial da AM metálica é enorme, mas os riscos são reais. Alinhar o projeto da máquina, as responsabilidades do operador e as normas de segurança requer um monitoramento de oxigênio robusto e independente. Com o analisador SILO2, os fornecedores podem oferecer sistemas que atendem a exigentes requisitos de segurança, enquanto os operadores ganham tranquilidade, sabendo que seus processos estão protegidos.

Por David Beirne, gerente sênior de produtos Dewpoint & Oxygen