¿Cuáles son los riesgos de una eliminación incompleta del polvo en la impresión 3D de metal?

一, Defecto del proceso: los residuos de polvo hacen que la calidad de las piezas impresas sea impredecible.
1. Demasiada rugosidad en la superficie y problemas con la estructura.
La impresión 3D de metal construye cosas derritiendo polvo de metal una capa a la vez. Si los residuos de polvo no se limpian por completo, la superficie del producto impreso tendrá protuberancias o agujeros. Por ejemplo, al imprimir palas para motores de aviación, el polvo de aleación de titanio sobrante puede hacer que la superficie sea más rugosa de lo que debería ser, lo que puede dañar el rendimiento de la aeronave. El polvo residual puede restringir la trayectoria del escaneo láser, lo que puede provocar fallos de falta de fusión. Estos defectos hacen que las piezas sean mucho más débiles y más propensas a romperse.


2. La "zona de bloqueo de pólvora" que se encuentra dentro de estructuras complicadas
El problema de los residuos de polvo es más notorio en secciones complejas que tienen canales de enfriamiento, capas intermedias de panal o canales de flujo anular. Por ejemplo, el cabezal de inyección de algunos motores de oxígeno líquido/queroseno tiene cientos de orificios escalonados. Cuando las personas comenzaron a utilizar la limpieza regular con flujo de aire y vibración, la tasa de polvo residual llegaba al 8%. Estos polvos sobrantes pueden oxidarse y crecer a medida que cambia la temperatura, lo que podría bloquear los canales de enfriamiento y causar fallas en el enfriamiento durante las pruebas de combustión del motor. En algunos casos, pueden incluso provocar desastres estructurales.

3. Peligros para la seguridad asociados con los implantes de estructuras porosas
En medicina, el problema de los residuos de polvo en los implantes ortopédicos porosos impresos en 3D (como los dispositivos de fusión intervertebral y las copas acetabulares) está directamente relacionado con la seguridad de los pacientes. Si el polvo metálico no se elimina por completo, podría permitir que se suelten partículas debido a la fricción o la erosión del fluido después de colocar el implante en el cuerpo. Esto podría inducir inflamación o depósito de iones metálicos, lo que podría provocar que el implante se afloje o falle.

2, Seguridad del equipo: los residuos de polvo pueden provocar incendios, explosiones y problemas con el equipo.
1. El polvo metálico que es combustible y explosivo puede provocar explosiones.
La impresión 3D de metales utiliza polvos como titanio, aluminio, magnesio y otros que son muy explosivos. Cuanto más pequeñas son las partículas (normalmente entre 15 y 100 micrones), más probabilidades hay de que exploten. Por ejemplo, el límite explosivo inferior del polvo de aluminio en el aire es de sólo 40 g/m³. Si el polvo residual se acumula dentro del equipo y entra en contacto con electricidad estática, chispas o superficies calientes, podría generar explosiones de polvo que dañen el equipo o incluso lesionen a las personas.

2. Problemas con el sistema láser y las piezas móviles.
El polvo residual puede cubrir la lente que escanea el láser u obstruir la boquilla que alimenta el polvo, lo que puede debilitar la energía del láser o impedir que se entregue el polvo. Además, la entrada de polvo en elementos móviles como los rieles de la plataforma de impresión y los ejes giratorios puede acelerar el desgaste, lo que puede provocar que el equipo se atasque o lo haga menos preciso. Debido a los residuos de polvo, cierta empresa tuvo muchas fallas en el láser y el costo de mantenimiento llegó al 30% del precio inicial del equipo.

3. El sistema de protección de gas inerte no funcionó.
La impresión 3D de metal debe realizarse en un entorno de argón o nitrógeno para evitar la oxidación; no obstante, los residuos de polvo pueden obstruir la tubería de circulación de gas, disminuir el caudal de gas protector y elevar la concentración local de oxígeno por encima de niveles aceptables. Esto no sólo hace que los materiales impresos sean menos buenos, sino que también podría provocar que el polvo metálico se incendie por sí solo.

3, Rendimiento del producto: los residuos de polvo debilitan los indicadores funcionales básicos.
1. Características mecánicas reducidas.
El polvo sobrante puede cambiar la densidad de los objetos impresos, creando áreas donde se acumula tensión. Por ejemplo, al imprimir estructuras hechas de acero de alta-resistencia, los residuos de polvo pueden reducir el límite elástico entre un 15% y un 20%. Esto no es suficiente para la industria aeroespacial, que tiene estándares muy estrictos en cuanto a las calidades de los materiales.

2. No poder soportar bien el calor
Los residuos de polvo pueden obstruir los microcanales o las aletas de disipación de calor en dispositivos electrónicos o piezas de motores que necesitan eliminar el calor rápidamente. Esto puede reducir en gran medida la eficiencia de la conductividad térmica. Un estudio encontró que por cada aumento del 1% en la tasa de residuos de polvo, el rendimiento de disipación de calor podría caer entre un 5% y un 8%.

3. Daño a la capacidad de sellar y resistir la corrosión.
Los residuos de polvo pueden dañar la densidad de la superficie de las piezas de equipos químicos o de ingeniería marina y facilitar la entrada de materiales corrosivos. Por ejemplo, si quedan restos de polvo en piezas de acero inoxidable que contienen cloruro, podrían inducir corrosión por picaduras o grietas por corrosión bajo tensión.

4. Salud de los trabajadores: la exposición-a largo plazo al polvo metálico es un riesgo-a largo plazo.
1. Daño a los pulmones
Si las partículas del polvo metálico tienen un tamaño inferior a 10 micrones, pueden penetrar profundamente en los pulmones y depositarse en los alvéolos, lo que puede provocar neumoconiosis, bronquitis o fibrosis pulmonar. Por ejemplo, respirar polvo de aleación de titanio durante mucho tiempo puede provocar depósitos pulmonares de titanio, que se manifiestan como tos y dificultad para respirar.

2. Irritación de la piel y los ojos.
Cuando los residuos de polvo entran en contacto con ropa de trabajo sucia o superficies de equipos, pueden causar irritación mecánica o quemaduras químicas en la piel de los trabajadores. Además, el polvo que entra en contacto con los ojos puede dañar la córnea o provocar conjuntivitis.

3. La posibilidad de envenenarse con metales pesados
Algunos polvos metálicos, como el cobalto y el níquel, son peligrosos para los seres vivos y su exposición prolongada a ellos puede provocar daño cerebral, insuficiencia renal o cáncer. Los iones de cobalto en el polvo de aleación a base de cobalto-pueden absorberse a través de la piel o el tracto respiratorio, lo que provoca la "enfermedad de la aleación dura".

5, Solución: un enfoque sistemático para la mejora, desde optimizar el diseño hasta idear nuevas formas de hacer las cosas.
1. La fase de diseño: utilizando la idea de "limpiabilidad"
Puede reducir el riesgo de residuos de polvo mejorando la estructura geométrica de las piezas (por ejemplo, agregando orificios de escape y minimizando los rincones muertos) o utilizando un diseño de optimización de topología. Las empresas aeroespaciales, por ejemplo, han reducido la tasa de residuos de polvo del 8% a menos del 1% cambiando el ángulo de salida del canal de enfriamiento.

2. Proceso de impresión: recoger el polvo inerte y filtrarlo en varias etapas.
Para reducir el riesgo de combustión espontánea, utilice aspiradoras industriales con sistemas de pre-separación húmeda que absorban el polvo en líquidos inertes. Al mismo tiempo, se utiliza un diseño modular de eliminación de polvo de varias etapas, como un sistema PPS de filtro permanente, para hacer que el elemento filtrante dure más y funcione mejor en el filtrado.

3. Después del procesamiento: limpieza automatizada del polvo e informes sobre la detección.
Utilice tecnologías automatizadas como impacto bidireccional de gas inerte y limpieza por vibración ultrasónica, junto con escaneo CT o detección de rayos X-, para crear un sistema de circuito cerrado-para "retroalimentación de detección de limpieza en polvo". Por ejemplo, una empresa médica utilizó un sistema de retroalimentación de detección de TC para mantener la tasa residual de polvo de implante por debajo del 0,1%.

4. Normas de seguridad: fortalecer la protección y la gestión de emergencias
Los operadores deben usar máscaras N95 o superior, gafas-resistentes al láser y ropa-resistente al fuego. También deben recibir formación periódica en materia de seguridad. El lugar de trabajo debe tener extintores metálicos de clase D, aspiradoras-a prueba de explosiones y alarmas de fugas de gas. También necesita hacer preparativos sobre qué hacer en caso de incendio o explosión.