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Messung von Gasströmungen im Bauraum von 3D-Druckern

Strömungsverhältnis im 3D-Drucker-Gehäuse

Prozessdaten

Messaufgabe:
Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit in Bauräumen von 3D-Druckern

Messstelle:
Anströmung mit verschiedenen Gasen unterschiedlicher Zusammensetzung und Dichte

Messbereich:
Meist 1-3 m/s, auch darunter

Prozessdruck:
Atmosphärisch

Prozessumgebung:
Messungen finden in der Entwicklung in sauberen Maschinen/3D-Druckern statt

Empfohlene Produkte

Flügelradanemometer ZS25, ZS30

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Flügelradanemometer TS/TSR

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Handgerät Flowtherm NT.2 

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Anwendung

Messung der Strömungsgeschwindigkeiten in Bauräumen von 3D-Druckern zur Feststellung der Gleichmäßigkeit der Strömung. Bei einem Hersteller von Industriegasen werden in Metallpulver-3D-Druckern verschiedener Hersteller die Anströmbedingungen und die Gleichmäßigkeit der horizontalen Gasströmung über die Bauplatte ermittelt. Das ist wichtig, um die beim Schmelzen unterschiedlicher Metallpulver entstehenden Gase und Spritzer abzutransportieren. Eine gleichmäßige Strömung und ausreichende Strömungsgeschwindigkeit ist hierbei wesentlich. Diese Messungen können auch in Maschinen bei anderen Verfahren, die aus dem Rapid Prototyping hervorgingen, angewendet werden, wie z.B. Stereolithographie (SLA), selektives Laserschmelzen (SLM), selektives Lasersintern (SLS) etc.

Ihr Nutzen

Sicher
Sichere und schnelle Geschwindigkeitsbestimmung, auch mit Richtungserkennung

Ergonomisch
Handgerät mit Datenlogger und Mittelwertbildung, beleuchtetes großes Display zum Ablesen

Einmalig
Anfangsgeschwindigkeiten von Flügelrädern ab 0,2 m/s in Luft. Anwendung in anderen Gasen wie Argon, Stickstoff, Helium, … auch Ausführungen für kleine Bauräume. ATEX Ausführung für Zone 1 möglich.

Strömungsverhältnis im 3D-Drucker-Gehäuse

3D-Drucker sind immer mehr im Kommen. Hierbei werden unterschiedliche Materialien wie Metallpulver, Kunststoffpulver oder andere schichtweise mit einem Laser zu Werkstücken oder anderen Konstruktionsteilen aufgebaut. Ständig erfolgen Weiterentwicklungen, unter anderem wird an der Gleichmäßigkeit der Strömungsverteilung auf und um die Druckplatte und dem Einsatz anderer Gase gearbeitet.

Warum die Versuche?

Die Versuche dienen der Entwicklung anderer, neuer Materialien, helfen neue Werkstoffe zu testen, die Werkstoffeigenschaften zu verbessern, den Gasverbrauch zu optimieren und andere Gase zu entwickeln, sowie die Prozessnebenprodukte zu minimieren.

 

Was bewirken unterschiedliche Gase?

Hier kommt es zu unterschiedlichen Einflüssen auf die Materialeigenschaften durch das Schmelzen des Materials in Verbindung mit dem Gas. Je leichter das Gas wird, desto mehr liegen auch die Prozessnebenprodukte wie z.B. Spritzer und Rauch im Fokus und die Frage, ob das Gas diese üblicherweise unerwünschten Nebenprodukte auch gut abtransportiert. Weiterhin steht auch das Sauberhalten der Laserquelle im Blick, denn ein Staubkorn auf dem Schutzglas kann dessen Schmelzen bewirken und es somit zerstören. Angestrebt wird eine gleichmäßige Strömung über die gesamte Bauplatte.

 

Praktische Umsetzung

In ein vorhandenes Gestell wurde für Versuche ein Flügelrad-Sensor ZS25 eingebaut und das zugehörige Handgerät mit in den Bauraum gestellt; aus Gründen der Kontaminationsreduzierung in einer transparenten Verpackung. Durch die Ausführung des Druckers als „Glove-Box” also als hermetisch abgeschirmten Raum mit Zugriff über Handschuhe, konnte das Flügelrad mit Gestell verschoben und über die Länge der Bauplatte das Geschwindigkeitsprofil aufgenommen werden. Bei anderen Kunden bzw. Herstellern, wie Anwendern von 3-Druckern mit Metall- und Kunststoffpulvern wurden die Flügelräder in verfahrbare Gestelle eingebaut. So muss nicht vor jeder Messung der Innenraum mit dem zu testenden Gas neu gespült werden, da ohne zu Öffnen ein Verschieben des Sensors möglich ist.

Die Erfassung des Messbereiches liegt wenige Millimeter bis zu ungefähr 30 mm über der Druckplatte.

Die Flügelräder ZS25 sowie das ZS30 decken diesen Bereich sehr gut ab. In der Ausführung mit Aluminium- oder Titanflügeln kann bereits ab einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 m/s gemessen werden. Die spezifischen Anlaufwerte der unterschiedlichen Gase können über die im Handgerät integrierte Dichtekorrektur kompensiert werden.

Für Strömungsuntersuchungen oberhalb der Druckplatte eignen sich auch richtungserkennende Flügelräder, um eine Strömungsumkehr zu detektieren.