Eine Maschine zum pulverbettbasierten Schmelzen von Aluminium explodierte während eines Produktionszyklus in einer Industrieanlage. Die durch die Entzündung von Schwebeteilchen verursachte Detonation zerstörte die Baukammer und beschädigte das Inertisierungssystem. Die forensischen Ingenieure nutzten die Fotogrammetrie der Rückstände, um die Dynamik des Versagens zu rekonstruieren und festzustellen, ob der Argon-Gasfluss unzureichend war.
Fotogrammetrie und CFD-Simulation des Dispersionsmusters 🔥
Das Team verwendete RealityCapture, um aus den Millisekunden vor der Explosion aufgenommenen Bildern der internen Kamera des Druckers eine Punktwolke zu generieren. Dieses 3D-Modell ermöglichte es, die Flugbahn der Aluminiumpartikel zu kartieren und ihre Konzentration im Kammervolumen zu berechnen. Mit Autodesk CFD wurde das Verhalten des Inertgases bei verschiedenen Durchflussraten simuliert. Die Ergebnisse zeigten eine Stagnationszone, in der Argon den Sauerstoff nicht verdrängen konnte, wodurch eine reaktive Atmosphäre entstand. SolidWorks wurde verwendet, um die exakte Geometrie der Kammer zu modellieren und die Gaseinlasspunkte zu überprüfen, was eine mangelhafte Konstruktion der Diffusoren offenbarte.
Lehren für die Sicherheit in der additiven Fertigung ⚠️
Aluminiumpulver ist hochexplosiv, wenn es in Konzentrationen über 40 g/m3 in der Luft schwebt und mit einer Zündquelle, wie einem elektrostatischen Funken, in Kontakt kommt. Die Kombination aus Fotogrammetrie und numerischer Strömungsmechanik erwies sich als entscheidend für die Identifizierung des Versagens des Inertisierungssystems. Dieser Fall unterstreicht die Notwendigkeit, die Konstruktion von Druckkammern vor dem Betrieb mit reaktiven Metallpulvern durch CFD-Simulationen zu validieren, um so zukünftige Industriekatastrophen zu vermeiden.
Welche kritischen Parameter der Aluminiumpulverwolke (wie Konzentration, Partikelgröße und Verweilzeit) hätten durch Druck- und Temperatursensoren in der Druckkammer erfasst werden können, um die Explosion vor ihrem Eintreten vorherzusagen?
(PS: Katastrophen zu simulieren macht Spaß, bis der Computer abstürzt und du die Katastrophe bist.)