Drukarki 3D stają się coraz bardziej popularne w przemyśle. Jednak wykorzystywane przez nie do druku materiały mogą być szkodliwe dla obsługujących pracowników. Dotychczasowe metody pomiaru pyłów zawieszonych w powietrzu nie są w stanie podać wyników w czasie rzeczywistym albo nie są wystarczająco dokładne. Z pomocą przychodzi urządzenie opracowane przez naukowców z Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny.
Uczeni opracowali laserowy miernik pyłu sprawdzający bezpieczeństwo pracowników przy drukowaniu z użyciem proszków metalicznych – a tej techniki druku 3D używa się w największych firmach z branży lotniczej, samochodowej oraz kosmicznej. W obecnej formie urządzanie nie jest kompaktowe ale posiada wszystkie założone funkcjonalności – Całość urządzania ma wielkość konsoli do gier – tłumaczy szef zespołu mgr. inż. Stanisław Karcz. Dlatego nie jest przeznaczone dla małych warsztatów czy domowych hobbystów, lecz dla zakładów korzystających z co najmniej kilkunastu dużych drukarek.
Jak działa miernik? Przy pomocy wentylatora do urządzenia zasysane jest powietrze z hali produkcyjnej. – Pomiar dokonywany jest za pomocą czujnika laserowego, który mierzy zmiany natężenia mocy optycznej padającej na cząstki zasysanego pyłu – wyjaśnia Karcz. Czujnik w czasie rzeczywistym oblicza średnicę oraz masę pojedynczych cząstek w zasysanym powietrzu. By uniknąć błędów obudowa czujnika jest szczelna, zaś powietrze trafia do zamkniętego układu pomiarowego. Pozyskane dane mogą być bezprzewodowo (lub przewodowo) przesyłane do urządzeń alarmowych, lub sygnalizować poziom przekroczonego zapylenia na wyświetlaczu lub sygnałem dźwiękowym – jeśli ustalony poziom zanieczyszczeń zostanie przekroczony – aby pracownicy fabryki mogli założyć dodatkowe stroje ochronne i maski.
Obecnie miernik potrafi, jak tłumaczą naukowcy z Łukasiewicz – KIT, wykrywać w powietrzu jedynie cząstki kuliste pyłów, np. stali nierdzewnej 316l, maragingu oraz Inconelu, czyli najbardziej popularnych proszków do drukowania. Elektronika pozwala też ustawić detektor na różne poziomy zanieczyszczeń, w zależności od warunków pracy.
Czym różni się ta metoda od innych służących do badania czystości powietrza i dlaczego stanowi przełom w kontroli jego jakości? – Nasz miernik jest w stanie podawać wyniki nawet co sekundę. Zaś pobieranie próbki do badania metodą wagową trwa co najmniej 15 min. – wyjaśnia Karcz. W metodzie wagowej wykorzystuje się specjalny „odkurzacz”, który pobiera próbkę powietrza. Potem trafia ona na specjalny sączek, który waży się przed i po pobraniu próbki – w ten sposób określa się zawartość szkodliwych pyłów w powietrzu.
Z kolei inny dostępny na rynku tani czujnik laserowy, kosztujący ok. 250 dol., który mógłby być odpowiedni do tego typów pomiarów nie ma podanej w dokumentacji maksymalnej gęstości zasysanych cząstek, przez co nie daje wiarygodnych wskazań w porównaniu z metodą wagową. Zaś eksperymentalny detektor pyłów opracowany w Krakowie podaje wyniki różniące się od uznanej metody wagowej zaledwie o 1,3 proc. (w przedziale do 20 mikrometrów).
Detektor jest praktycznie gotowy. – Poradziliśmy już sobie ze wszystkimi problemami technicznymi – wyjaśnia Karcz. Dodaje, że potrzeba jedynie przebudować urządzenie z wersji prototypowej na komercyjną oraz przeprowadzić ostatnie badania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej. Trzeba sprawdzić, czy praca innych urządzeń fabrycznych nie wpływa na jego dokładność, potem będzie można tym produktem zainteresować firmy. Naukowcy opatentowali swój wynalazek w Polsce i chcą również opatentować go w Japonii i USA.
Prace nad urządzeniem zostały sfinansowanie w ramach subwencji Ministerstwa Edukacji i Nauki w latach 2019-2023. Uzyskane wyniki były podstawą przygotowania rozprawy doktorskiej w ramach programu „Doktorat wdrożeniowy” prowadzonego przez MEiN, napisanej pod opieką dra hab. inż. Andrzeja Brudnika, prof. AGH oraz dra inż. Grzegorza Skrabalaka – Lidera Obszaru Technologii Wytwarzania Addytywnego w Centrum Materiałów i Technologii Wytwarzania Łukasiewicz – KIT.
