Производство порошков для аддитивных технологий

ермины «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<sup>®</sup> 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.



© by amixon®. Texts and images are the property of amixon GmbH, Paderborn, Texte und Bilder sind Eigentum der amixon GmbH, Paderborn, Les textes et les images sont la propriété de amixon GmbH, Paderborn, Los textos e imágenes son propiedad de amixon GmbH, Paderborn, Testi e immagini sono di proprietà di amixon GmbH, Paderborn.