Miscelatori, essiccatori sotto vuoto e reattori di sintesi svolgono funzioni importanti nella metallurgia delle polveri e nella lavorazione dei polimeri.
Preparazione delle polveri per i processi di produzione additiva con i miscelatori industriali amixon®
I termini "Stampa 3D", "Prototipazione rapida" e "Fabbricazione additiva" sono nomi che coincidono con il processo di produzione in cui la creazione di componenti tridimensionali è ottenuta applicando materiali strato per strato in direzione opposta alla gravità.
La struttura a strati si ottiene attraverso la generazione di componenti CAD 3D controllati dal computer, in cui una polvere generalmente fine viene fusa utilizzando una fonte di energia, solitamente un laser. Successivamente, viene aggiunta nuovamente la polvere, il laser inizia a fondere nuovamente nei punti specificati e lega lo strato inferiore. I materiali utilizzati possono essere metalli, plastiche, ceramiche, resine sintetiche, carbonio e grafite.
Nel laboratorio di biologia cellulare sono in corso anche ricerche sulla produzione di tessuti o organi mediante un processo di fabbricazione additiva, in cui si utilizzano sistemi di fissaggio completamente diversi.
L'uso delle polveri nella stampa 3D
La stampa 3D rappresenta un aspetto interessante dell'Industria 4.0. Essendo una tecnologia chiave della digitalizzazione e combinata con altri processi additivi, rivoluzionerà i metodi di produzione. Il processo può essere utilizzato in tre condizioni: una struttura geometrica complessa, un numero ridotto di pezzi e un alto grado di personalizzazione. È il caso, ad esempio, di macchine da riparare e di pezzi di ricambio complessi non più disponibili. L'elemento tridimensionale precedentemente progettato viene trasformato in un elemento fisico mediante una conversione diretta dei dati.
A differenza dei processi convenzionali di taglio del metallo, non sono necessarie attrezzature, fusioni o utensili specifici per il prodotto. A seconda dei risparmi ottenuti sul volume dei componenti, in particolare sull'eliminazione dell'asportazione di materiale, è possibile ridurre il processo di utilizzo delle risorse attraverso l'asportazione di materiale (Fonte: Centro VDI per l'efficienza delle risorse). Il processo genera le proprietà meccaniche e tecnologiche durante il processo di produzione. Inoltre, è possibile creare strutture complesse che non sarebbero possibili con un processo di produzione convenzionale. La stampa 3D diventa quindi più economica con l'aumentare della complessità della geometria dei componenti e la diminuzione del numero di pezzi prodotti.
La stampa 3D è utilizzata in molti settori industriali. Oltre ai classici componenti dell'ingegneria meccanica, automobilistica, modellistica e architettonica, è possibile produrre anche protesi mediche e dentali. Idealmente, il metodo è adatto anche alla rapida implementazione dei risultati intermedi ottenuti nella bionica strutturale, in particolare quando si cerca di trasferire le strutture di resistenza dalle fibre vegetali alle moderne strutture portanti.
Manipolazione delle polveri nel processo di produzione
In primo luogo, viene cosparso un letto di polvere con una densità di riempimento sufficiente. Con un apporto di energia controllato con precisione, i set di particelle si fondono nelle strutture bersaglio. La polvere in eccesso viene rimossa e preparata in modo ottimale per essere utilizzata nella successiva costruzione del laminato. Le particelle devono essere sufficientemente stabili; le dimensioni, le densità di massa e le densità delle particelle devono essere ampiamente conservate.
D'altra parte, le fasi di lavoro devono essere eseguite in rapida successione per garantire l'efficienza economica. Questi processi sono per lo più eseguiti con trasportatori ad aspirazione pneumatica, che richiedono velocità di trasporto relativamente elevate e possono causare abrasione. Le polveri polimeriche utilizzate devono essere perfettamente condizionate.
Problemi di lavorazione simili si riscontrano anche nella microsinterizzazione laser 3D da polveri metalliche. L'applicazione della polvere nel letto di polvere avviene per mezzo di un raschiatore. Questo processo richiede spesso molto tempo. La fluidità delle polveri utilizzate ha una grande influenza sull'omogeneità del letto. Le polveri devono scorrere il più liberamente possibile. È quindi preferibile che le particelle abbiano una forma sferica e una distribuzione granulometrica ristretta. Gli agglomerati devono essere rimossi, altrimenti si formano difetti piatti o lineari nel pezzo. L'adesione del tergipavimento e della piattaforma di trattamento è fastidiosa ma difficile da evitare.
La maggior parte delle polveri metalliche utilizzate ha una dimensione delle particelle inferiore a 10 µm e si comporta in modo coesivo.
In pratica, le polveri vengono talvolta rivestite con additivi nanoscopici. Queste operazioni vengono effettuate in miscelatori di precisione o con il processo a letto fluido. In questo modo si evitano accumuli o caking indesiderati e si migliora la fluidità delle polveri. - Le polveri sono prodotte in modo automatizzato.
Il ruolo del miscelatore nel processo
Miscelatori, essiccatori sotto vuoto e reattori di sintesi svolgono funzioni importanti nella metallurgia delle polveri e nella produzione di polimeri.
Il rivestimento nanoscopico di ciascuna particella può essere ottenuto se l'agente di rivestimento si presenta sotto forma di soluzione o sospensione debole e viene mescolato in modo microfine alla polvere. A tal fine è sufficiente una polvere uniformemente inumidita; ogni particella deve essere completamente bagnata. Se la fase liquida viene poi essiccata, si ottiene un rivestimento uniforme di ogni particella. Il processo di essiccazione dovrebbe idealmente essere effettuato mediante agitazione sotto vuoto, in modo particolarmente rapido e delicato.
Per risolvere questa fase del processo, si consiglia di utilizzare un miscelatore-essiccatore verticale al cui centro ruota un utensile di miscelazione a forma di elica. In questo modo si crea un flusso di miscele trasportando i prodotti verso l'alto alla periferia e facendoli fluire verso il centro per gravità. Il processo di flusso avviene - senza spazi morti - a una bassa frequenza di rotazione e con uno sforzo di taglio minimo per le particelle.
Tutte le particelle sono in costante movimento relativo tra loro e circolano nella camera di miscelazione. L'evaporazione della fase liquida è favorita dal riscaldamento delle polveri. Non solo le superfici della camera di miscelazione sono a doppia parete. L'albero del meccanismo di miscelazione, i bracci dell'utensile di miscelazione e l'elica sono anch'essi progettati come un doppio guscio e un fluido termico (olio termico, acqua o vapore) scorre attraverso di essi in un circuito chiuso.
Svuotamento completo del miscelatore
La delimitazione ideale dei lotti senza mescolanze incrociate è di grande importanza per un'accurata tracciabilità dei lotti e per l'assicurazione della qualità. Questo requisito è soddisfatto in particolare dal dispositivo qui descritto. La camera di miscelazione conica e l'elica convessa consentono alla miscela di fluire senza segregazione o residui.
A volte è necessario miscelare in modo omogeneo e delicato nelle polveri quantità molto ridotte di additivi a flusso estremamente leggero, come il biossido di silicio con una densità di massa di 150 g/dm³, una dimensione delle particelle di 10 µm e una superficie specifica di 350 m²/g.
In pratica, può accadere che questa piccola frazione galleggi sulla polvere in modo indesiderato. Il processo di miscelazione verrebbe così fortemente ostacolato, soprattutto perché la miscelazione deve essere rapida ed estremamente delicata. Questo perché gli additivi di flusso sono efficaci solo se vengono mescolati delicatamente e in modo omogeneo, ma mai schiacciati. In questo caso, è necessario utilizzare soluzioni testate sul campo e garantite da 37 anni di esperienza amixon®. Questo vale anche se solo 100 g di fuliggine nanodispersa devono essere mescolati in modo omogeneo con 35 t di una massa di polvere metallica.
Flusso totale nell'essiccatore/reattore del miscelatore conico amixon®
Reattore essiccatore miscelatore sottovuoto amixon® AMT 2000
Rivestimenti ceramici
Nel miscelatore/essiccatore sono previsti speciali rivestimenti ceramici se il miscelatore/essiccatore deve mantenere le polveri libere dall'abrasione dei metalli durante la miscelazione. Approcci simili vengono adottati quando le polveri sono particolarmente abrasive e occorre compensare l'usura prematura degli strumenti di miscelazione.
Praticamente ogni macchina di lavorazione che amixon® produce è un prototipo personalizzato, a volte per minime sfumature, ma che sono decisive per soddisfare le esigenze di ogni cliente in una vasta gamma di settori. Ciò consente anche all'utente finale di discutere la situazione delle proprie esigenze ad alto livello con il produttore dell'apparecchiatura. In stretta segretezza, questo è un punto chiave che può aiutarlo a guadagnare denaro.
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