Производство порошков для аддитивных технологий на основе пластмассы, керамики или металла

Термины «3D-печать», «быстрое протопирование» и «процессы аддитивного производства» являются конгруэнтными терминами для производственных процессов, в которых создание трехмерных компонентов осуществляется поэтапным методом, путем последовательного наслоения тончайших слоев пластика или металлической пудры. При порошковой трёхмерной печати каждый слой структуры представляет собой тонкое поперечное сечение и генерируется в соответствии с командами встроенной программы, сформированными на основе чертежей, выполненных в 3D CAD программе. 3d принтер считывает этот проект и выкладывает материал слоями, пока требуемая конструкция не будет завершена. Тончайшие слои пластика или металлической пудры расплавляются с помощью источника энергии, обычно лазерным лучом. По завершению каждого слоя лазер возвращается в исходную позицию, после чего добавляется новый слой порошка. Двигаясь в соответствии с контурами 3d-модели будущего объекта, лазер расплавляет и скрепляет нижележащие слои. В качестве материалов могут использоваться металлы, пластик, керамика, синтетические смолы, углеродные и графитовые материалы. В лабораториях клеточной биологии также проводятся исследования по созданию тканей или органов с помощью аддитивных технологий.

В эпоху четвёртой промышленной революции огромное значение для производства приобрел растущий интерес к 3D-печати. Наряду с другими процессами аддитивного производства, 3D-печать часто обсуждается как ключевая технология оцифровки, которая может революционизировать производство. 3D-печать является лучшим выбором при изготовлении изделий с тремя конкретными характеристиками: сложными геометрическими структурами, небольшими партиями и высокой степенью индивидуализации. А также при ремонте оборудования, если запчасти сняты с производства. Даже механические и технологические аспекты компонента могут быть воспроизведены с помощью 3D-печати.

В отличие от традиционных процессов производства металлорежущих изделий, аддитивное производство не требует заготовки форм для литья и крепежных приспособлений. Во многих случаях может быть достигнута значительная экономия компонентов и материальных потерь, что делает 3D-изготовление особенно ресурсосберегающим (источник: VDI Resource Efficiency Center). В процессе производства генерируются механо-технологические свойства. Кроме того, могут быть созданы сложные структуры, которые невозможно получить посредством обычного производственного процесса. Это означает, что 3D-печать становится более экономичной с увеличением сложности геометрии деталей и уменьшением количества производимых деталей.

3D-печать используется во многих отраслях промышленности. В дополнение к классическому применению для получения 3D моделей в архитектуре, машино- и автомобилестроении, трёхмерная печать также широко используется при производстве протезов в хирургической и стоматологической области здравоохранения. Этот метод идеально подходит для тестирования результатов, полученных из структурной бионики. Особенно при попытке преобразовать прочные конструкции растительных волокон в современные структурные конструкции.

В первую очередь подаётся плотный порошковый слой. Посредством точно контролируемого ввода энергии порошки расплавляются, принимая заданную форму. Избыточный материал удаляется, обрабатывается и используется для дальнейшего наращивания слоя. Частицы должны быть стабильными, а размеры частиц, их объемные плотности и реологии должны быть сохранены. Производственные этапы должны быстро следовать друг за другом, чтобы обеспечить экономическую рентабельность. Эти процессы в основном выполняются с помощью пневматической подачи с всасыванием, которая требует сравнительно высоких скоростей транспортировки и может способствовать образованию истирания. Используемые полимерные порошки должны быть хорошо кондиционированы.

Аналогичные проблемы возникают при спекании металлического порошка для 3D-печати. Порошок наносится во флюсовой подушке с помощью ракельного ножа. Этот процесс часто занимает много времени. Свойства текучести используемых порошков оказывают большое влияние на гомогенность флюсовой подушки. Порошки должны быть максимально сыпучими. Поэтому желательны сферические формы частиц и тесное гранулометрическое распределение частиц. Агломераты должны быть устранены, так как в противном случае в компоненте возникнут плоские или линейные дефекты. Спайки на ракелевом инструменте и рабочей платформе создают помехи, которых трудно избежать. Большинство используемых металлических порошков имеют размер частиц менее 10 мкм и ведут себя когезивно.

Чтобы предотвратить образование нежелательных агломератов, порошки для 3D-печати могут быть покрыты наноскопическими добавками в качестве средства их кондиционирования. Такой процесс кондиционирования лучше всего проводить в автоматическом прецизионном смесителе , где вероятность образования комков и нежелательных агломератов меньше, а характеристики сыпучести порошков могут быть улучшены.

Роль смесителей, вакуумных сушилок и вакуумных реакторов в производстве порошков для 3D-печати

Промышленные смесители выполняют важные функции в порошковой металлургии и в подготовке полимеров. Наноскопическое покрытие каждой отдельной частицы может быть достигнуто, если материал покрытия присутствует в виде слабого раствора или суспензии и постепенно подается в порошок. Равномерное смешивание обеспечивает сохранение структуры компонентов и гарантирует получение высококачественного продукта. Вакуумная сушка смеси является наиболее бережной и щадящей.

Totalverströmung in einem MischerTotalverströmung im amixon® Konusmischtrockner/ Reaktor

3-в-1: Конусный вакуумный смеситель-сушилка и вакуумный реактор amixon®

Для таких технологических процессов рекомендуется использовать вертикальные смесительные сушилки, в центре которых вращается спиралевидный смесительный инструмент. Спиральная смесительная лопасть вращается в центре камеры, трехмерный поток перемещает содержимое вверх по периферии, прежде чем сырье опускаются на дно смесительного вала под действием силы тяжести. Смесительная камера не имеет мертвого пространства, смешивание происходит с низкой частотой вращения и минимальным сдвиговым напряжением для частиц. Все частицы постоянно находятся в относительном движении по всей смесительной камере. Испарению способствует нагревание порошков. Каждая контактная поверхность внутри смесителя имеет двойную оболочку, от стенок до кронштейнов спирального смесителя. Нагретые жидкости (масло-теплоноситель, вода или пар) циркулируют под их поверхностью.

Технологии SinConvex® и ComDisc® для 100% разгрузки смесительной камеры

Идеальное обособление материала без перекрестного смешивания имеет большое значение для точного отслеживания партии и обеспечения качества продукта. Всем этим требованиям отвечает представленный здесь вакуумный реактор-смеситель amixon®. Коническая смесительная камера и выпуклая спираль позволяют смеси вытекать полностью и без расслоения.

Керамические покрытия

В некоторых случаях подготовка порошков для 3D-печати требует введения в смесь и мягкого гомогенизирования следовых количеств чрезвычайно светопропускающих добавок, таких как пирогенный диоксид кремния. Поточные добавки эффективны только при мягком и однородном смешивании с объемными порошками и не выдерживают трения. Проблема заключается в том, что эти легкие фракции имеют насыпную плотность 150 г/дм³, размер частиц 10 мкм и удельную площадь поверхности 350 м²/г, что объясняет их склонность к всплытию на поверхность порошковой смеси. Это явление наносит вред процессу смешивания, так как может как замедлить работу и привести к затрате большего количества энергии, что, в свою очередь, может повредить структуры частиц.

Керамические покрытия часто используются в процессах смешивания и сушки, которые требуют защиты порошков даже от малейшего абразивного износа металла. Аналогичным образом, керамические покрытия наносятся и в случае чрезвычайно абразивных порошков, которые могут привести к чрезмерному износу смесительного оборудования.

amixon®: ваш партнер по производству оборудования для смешивания порошков

Опираясь на более чем 37-летний опыт, компания amixon® предлагает проверенные на практике решения сложнейших технологических задач. Например, 35 т массы металлического порошка нужно однородно смешать с 100 г нанодисперсного технического углерода.

Практически каждая машина для изготовления смеси, которую производит amixon® , является прототипом - индивидуальным, иногда в мельчайших, но решающих нюансах, разработанным для специальных технологических потребностей наших клиентов из различных отраслей промышленности. Подробные консультации с нашими инженерами-технологами amixon® дают возможность в деталях обсудить конкретные критерии обработки. Эти консультации, содержание которых защищено строгими конфиденциальными соглашениями, оказываются невероятно выгодными для наших клиентов.

undefined

amixon® вакуумная смесительная сушилка реактор AMT 2000