Bronkhorst

Massendurchflussregelung im 3D-Druck

20. Dezember 2017 Jens Kiene

Heutzutage werden 3D-Drucktechniken im industriellen Umfeld häufig zur Prozessoptimierung eingesetzt. Auch wir bei Bronkhorst® nutzen 3D-Drucktechniken im eigenen Haus in unserer Produkt- und der Prozessentwicklung. 3D-Druck ist faktisch nicht mehr wegzudenken aus unserem Produktionsumfeld, wir können damit schnell und flexibel auf wechselnde Anforderungen reagieren. Innerhalb weniger Stunden ist es mit Hilfe der 3D-Drucktechnik möglich, das Design einer Komponente auf Passgenauigkeit und Funktionalität zu überprüfen.

Gleichzeitig führt der Weg aber auch wieder zurück, denn wir benutzen nicht nur 3D-Drucker, sondern liefern auch Komponenten für diese Drucker. Massendurchflussregler werden in 3D-Druckern benutzt, um die Prozessbedingungen zu kontrollieren. In diesem Blogbeitrag möchten wir Ihnen mehr über 3D-Druck erzählen. Dieser Blog ist entstanden in Kooperation mit einem einem Hersteller von 3D-Druckern.

example 3d dental slm
Example 3D dental SLM

Selektives Schmelzen mittels Lasertechnologie (SLM)

Beim 3D-Drucken, auch bekannt als additive Fertigung, wird ein Werkstück durch das schichtweise Aufbringen des Werkstoffes hergestellt. Klassische Fertigungsmethoden gehen eher den entgegengesetzten Weg. Beim Fräsen, Bohren oder anderen Fertigungsmethoden wird aus einem Vollmaterial durch Entfernen von Material ein fertiges Produkt erzeugt. Selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) ist eine 3D-Drucktechnik, bei der eine Schicht Pulver aufgebracht wird und dieses anschließend mit einem Laser selektiv aufgeschmolzen wird. Der Anwender ist ein Hersteller von Maschinen für den 3D-Druck von Metallen wie Stahl, Aluminium oder Titan. Das Verfahren findet unter anderem in der Luftfahrt, im Automotive-Bereich und in der Medizin- & Dentaltechnik Anwendung. Um das Bett aus Metallpulver müssen hochreine Inertgase für eine Schutzgasatmosphäre sorgen. Hier hat Bronkhorst® dem Anlagenbauer dabei geholfen, diese Schutzatmosphäre aus Stickstoff oder Argon sicher aufzubauen.

Systemanforderungen

Für den Laserschmelzprozess ist es notwendig, dass die Atmosphäre des Bettes aus Metallpulver absolut frei von Sauerstoff ist. Nur so kann gewährleistet werden, dass keine unerwünschten Oxidationsprodukte auftreten, da diese das fertige Produkt unbrauchbar machen. Da Metalle wie Eisen oder Titan bei den auftretenden Temperaturen auch mit Stickstoff reagieren können, muss hier eine Schutzatmosphäre aus Argon aufgebaut werden. Bei Aluminium reicht auf Grund des sehr viel geringeren Schmelzpunktes Stickstoff als Schutzgas aus.

Die Lösung: Massendurchflussregler MASS-STREAM

Für den Endnutzer der 3D-Drucker von SLM gibt es zwei verschiedene Wege, um die benötigte Schutzgasatmosphäre zu generieren. Zum einen kann aus einer hauseigenen Stickstoffversorgung (falls vorhanden) oder mittels eines zusätzlichen Stickstoffgenerators (als Zusatzgerät bei SLM erhältlich) das benötigte hochreine Gas bereitgestellt werden. An der zuletzt genannten Lösung ist Bronkhorst ® als Zulieferer für Massendurchflussregler beteiligt. Der Stickstoffgenerator arbeitet mit Druckluft (entweder aus einem Kompressor oder aus einer Druckluftversorgung) und trennt über ein eingesetztes Molekularsieb den Luftstrom in zwei Teile auf. Bestandteile wie Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und Argon werden entfernt und Stickstoff mit hoher Reinheit (Grad 5.0) bleibt zurück.

Massendurchflussregler MASS-STREAM

Hinter dem Generator ist ein Bronkhorst MASS-STREAM™ D-6300 Massendurchflussregler installiert, dieser kontrolliert den Stickstoffzufluss in den Drucker. Dieser Regler arbeitet mit zwei verschiedenen Operationsmodi. Vor dem eigentlichen Druckprozess wird der komplette Drucker mit Inertgas gespült und so die Schutzatmosphäre aufgebaut. Hier ist ein relativ hoher Durchfluss von etwa 60 bis 90 ln/min notwendig. Im zweiten Schritt wird während des eigentlichen Druckvorganges ein relativ kleiner Durchfluss von 3 bis 10 Liter pro Minute benötigt. Hier wird lediglich die Schutzgasatmosphäre erneuert gleichzeitig einer etwaigen Leckage entgegengewirkt. Dieses Setup kommt bei etwa 5 bis 10 Prozent der von SLM Solutions Group AG gebauten 3D-Druckern zum Einsatz.

Applikationsbericht 3D Druck MASS-STREAM Produktreihe

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