CN102186554B - 过滤器组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于添加制造设备的过滤器组件，其具有限定有气体输入口和气体输出口的外壳。过滤器元件定位在外壳内，并位于气体输入口与气体输出口之间。该组件包括可以被致动以密封气体输入口和气体输出口的阀。另外，该组件具有用于允许流体进入到外壳内的流体输入口。该组件允许安全地更换可能包含挥发性颗粒的过滤器元件。通过密封气体输入口和输出口并以合适的流体灌注外壳，可以中和由过滤器捕获的挥发性颗粒。

Description

过滤器组件
技术领域
本发明涉及一种过滤器组件，该过滤器组件用于诸如选择性激光烧结(SLS)设备或选择性激光熔化(SLM)设备之类的添加制造设备。
背景技术
用于生产三维部件的添加制造、快速制造或快速原型法在本领域中是众所周知的(例如见Deckard的US 4863538)。存在多种已知的添加制造的方法，包括粉末材料的固结和聚合树脂的固化(立体光刻-SLA)。SLM和SLS制造法涉及使用诸如激光束或电子束之类的聚焦能量束来一层一层地固结粉末材料。
在通常的选择性SLS或SLM过程中，一薄层粉末沉积到SLS或SLM设备内的构造区或粉末床上。聚焦激光束扫描穿过粉末层中对应于被构造的三维物体的横截面的部分，使得位于激光扫描位置处的粉末通过烧结或熔合而固结。横截面通常从通过扫描原部件生成的部件的三维描述中生成或者从计算机辅助设计(CAD)的数据中生成。
在一层固结后，将构造表面降低该新固结层的厚度并且在表面上覆盖另外一层粉末。再次以激光束在该层中对应于三维物体的横截面的部分照射表面，并且新的固结层接合至初始的固结层。重复该过程，直至完成部件为止。
当如上述地操作添加制造设备时，高能激光加热粉末超出粉末的熔点，导致在构造表面上方的空气中形成金属蒸汽。该金属蒸汽随后凝结形成具有极小直径的粉末，例如直径小于1微米。大部分材料种类的粉末、特别是诸如钛之类的金属的粉末在处于这些直径时是高活性的并且与空气接触时易于自燃。凝结物通常显现为在构造表面的上方区域(构造腔)中的“烟尘”，并且该烟尘的一些由穿过构造腔的惰性气体流从构造腔中移除。
尽管在设置成与气体流串联的过滤器元件内捕集这种细小的凝结物是较容易的(此处收集的残余物类似于烟灰)，但是存在着凝结物的反应活性的重大安全问题。在更换过滤器时，必须非常小心以防止在接触空气时在过滤器内引发火灾。尽管过滤器内的火灾是小火灾，但是在包含金属粉末的设备附近或者在包含金属粉末的设施内的任何火灾都可能作用为引发更大的和可能严重的火灾。因此，沉积物在被中和前必须要非常小心地处置并在惰性环境中以安全的方式收集。
从添加制造机器上的过滤器组件中移除使用过的过滤器元件的现有技术方法涉及将过滤器元件取出并放到与过滤器组件连接的聚合物袋内。然后在袋的长度上介于被移除的过滤器元件与过滤器组件之间的两点处手动地系紧袋并且在这两个密封点之间切开以便在不暴露于空气的情况下移除过滤器元件。然后将包含有过滤器元件的袋放置在气密容器中并从该场所移除以进行处理。该现有技术方法留有很大的人为出错的空间，例如在移除袋时袋的安全密封出错。
发明内容
本发明限定了根据现在应该进行参考的所附独立权利要求的过滤器组件、添加制造设备和方法。在从属权利要求中限定了本发明的优选或有利的特征。
在第一方面，本发明提供了用于移除气体流中的颗粒的、可称为安全更换式过滤器组件的过滤器组件。优选地，该过滤器组件用于诸如SLM或SLS设备之类的添加制造设备。该组件包括过滤器外壳，该过滤器外壳具有气体输入口、气体输出口和用于将过滤器元件以可移除的方式定位在外壳内并定位在气体输入口与气体输出口之间的装置。该过滤器组件可以串联地安装在设备的气体流中，使得过滤器元件可以过滤气体中的颗粒。该组件还包括可致动以密封气体输入口的阀、可致动以密封气体输出口的阀、和用于允许流体进入到外壳内的流体输入口。当气体输入口阀和气体输出口阀已经密封时，流体输入口用于允许流体、优选地是诸如水之类的中性流体进入到外壳内。当在设备上使用该过滤器组件时，流体输入口可以具有关联阀以关闭流体输入口。
该过滤器组件有利地在气体输入口阀和气体输出口阀已经关闭时允许流体取代密封在外壳内的气体，并且允许中和过滤器外壳内的任意挥发性的或爆炸性的颗粒物。
优选地，过滤器组件能够以可移除的方式安装到添加制造设备，例如SLM或SLS设备。该安装可以依靠位于气体输入口和气体输出口处与设备的气体流动回路的管道联接的速卸联接件来实现。可以使用用于将组件联接至气体流动回路的任意合适的装置，例如螺钉配件。
有利地，可移除的过滤器组件允许将包含有可能挥发爆炸的颗粒的过滤器元件与气体流密封隔离(依靠气体输入口和气体输出口处的阀)并且随后从设备附近移除以便进一步地处理。
该组件可以包括用于允许流体从外壳中流出的流体输出口。当水被用作中和流体时，这种输出口是特别有利的。可以经由流体输入口将水泵吸到外壳内并且允许水连续地流进外壳，同时经由输出口排出。潜在危险的颗粒物可以在安全的状态下由液体流从外壳中移除。有利地，当通过输入口添加流体时，流体输出口可以允许外壳内的气体流出外壳。软管接口可以传输该气体以便在一层液体的下面流出，使得气体中的任何颗粒物捕集在流体中并且不会流到空气中。
如果没有流体输出口，那么优选地是外壳结合某种形式的排气孔以便在以流体灌注外壳时有利于气体从外壳中释放。
优选地，过滤器外壳由过滤器元件分隔成两个部分，即，优选地是具有位于过滤器元件的一侧接收来自气体输入口的受污染气体流的上游部和位于过滤器元件的另外一侧容纳已经流过过滤器元件的气体的下游部。因此，在该情况下，可能有利的是具有允许流体进入到外壳的上游部内的第一流体输入口和允许流体进入到外壳的下游部内的第二流体输入口。使用以该方式设置的两个输入口可以更有效和更快速地实现通过流体中和受污染的过滤器元件的过程。
具有如上述的带有上游部和下游部以及第一和第二流体输入口的外壳的组件可以有利地具有用于外壳的上游部和下游部的第一和第二流体输出口(在使用连续的流体流中和颗粒物的情况下)。
优选地，过滤器组件设置成容纳圆筒形过滤器元件。在很多工业中并且特别在汽车应用中，这种过滤器元件是用于过滤目的的标准部件。该组件可以设置有定位部件以便将过滤器元件装配到外壳内，例如围绕气体输出口的用于容纳圆筒形过滤器元件的敞开端的联接件。
有利地，外壳可以包括用于将气体流从气体输入口导向至过滤器元件的导流器。在过滤器元件是圆筒形过滤器元件的情况下，这种导流器是特别有利的。气体导流器允许将气体流引向圆筒形过滤器元件的侧部，在该侧部气体流可以直接流过过滤材料。
外壳包括用于以可移除的方式定位过滤器元件的装置。有利地，外壳可以是具有两个分离部的组合式外壳。第一部或上部可以包括气体输入口，而第二部或下部可以包括气体输出口。在这种情况下，第一部和第二部能够以可打开的方式联接以形成外壳。使用如上述的两个部的外壳允许接近定位在外壳内的过滤器元件以替换过滤器元件，即，通过分开外壳的两个部。优选地，联接两个外壳部的动作将过滤器元件夹持在两个部之间并且因此帮助其在外壳内的定位。
在另一方面，本发明提供了包括有如上述的过滤器组件的诸如SLM或SLS设备之类的添加制造设备。这种添加制造设备可以具有用于构造物体的构造腔和用于使气体流流过构造腔的一个或多个气体流动回路，从而移除在制造过程中产生的颗粒物。该设备优选地包括如上述的与所述或每个气体流动回路串联设置的一个或多个过滤器组件。有利地，所述或每个气体流动回路可以包括在从设备中移除过滤器组件之前可致动以密封隔离回路上游与过滤器组件的阀。同样地，所述或每个气体流动回路还可以包括在从设备中移除过滤器组件之前可致动以密封隔离回路下游与过滤器组件的阀。这些与设备关联的附加的阀在移除过滤器组件期间可以帮助保持气体流动回路中的气体的完整性。有利地，这允许以极短的停机时间移除一个过滤器组件并替换为另外的过滤器组件。
有利地，该设备可以包括设置在气体流内的多于一个的过滤器组件。例如，该设备可以包括并联地设置在设备的气体流动回路内的第一和第二过滤器组件。该设置优选地允许第一和第二过滤器组件中的每一个都可以分别从设备中移除以允许单独更换第一和第二过滤器组件内的过滤器元件。该设置可以通过允许在第二过滤器组件工作时更换第一过滤器组件内的过滤器元件、然后在第一过滤器组件工作时更换第二过滤器组件内的过滤器元件以允许在设备的操作期间更换第一和第二过滤器组件内的过滤器元件。这种系统在长时间的制造操作期间是相当有利的，并且可以允许在没有因更换过滤器而中断的情况下完成制造操作。
在又一方面，本发明提供了更换颗粒过滤器元件的方法，该颗粒过滤器元件定位在安装到例如添加制造设备上的过滤器外壳内。该方法包括以下步骤：a)关闭阀以密封隔离通向外壳的气体输入口并且关闭阀以密封隔离阀出口与外壳，从而完全密封隔离外壳；b)从设备中移除外壳；c)以流体灌注外壳；d)打开外壳；以及e)替换过滤器元件。步骤b)和c)能够以任何顺序执行，例如，可以从设备中移除外壳并且然后以流体进行灌注或者可替代地可以在外壳仍然附接在设备上时以流体进行灌注并且然后从设备中移除。用于灌注外壳的流体优选地是用于中和收集在过滤器外壳内的过滤器上的颗粒材料的中和流体。通常合适的流体的例子是水。
优选地，过滤器外壳串联地安装在设备的气体流动回路中并且该方法还包括在将过滤器外壳从设备中移除的同时关闭阀以密封隔离气体流动回路的步骤。
灌注外壳的步骤可以包括将输入口联接到例如水源之类的流体源、打开输入口阀、以及使流体流进外壳的步骤。通过输入口灌注外壳、然后直接打开被灌注的外壳或者在打开外壳前经由输入口排空被灌注的外壳应该是足够的。可替代地，灌注外壳的步骤可以包括打开位于引自外壳的流体输出口上的输出口阀并且允许流体流出外壳的步骤。该附加步骤可以允许流体连续地通过外壳。例如，在清洗外壳内的颗粒物的过程中，过滤器外壳可以经由输入口连接到水源并且水可以在一段时间内连续地流过外壳并流出输出口。然后可以在经过预定的时间后终止流体流并且随后打开外壳、或者排空并打开外壳。
附图说明
现在将借助于附图对本发明的优选实施方式进行描述，在附图中：
图1是选择性激光熔化设备的示意图，示出了用于提供流过构造腔的气体流的气体流动回路；
图2是实施本发明的过滤器组件的立体图，
图3是示出了图2的过滤器组件处于装载新过滤器元件过程中的视图；
图4是示出了实施本发明的并联安装在气体流动回路中的一对过滤器组件的立体图；
图5是示出了图4的实施方式的示意简图。
具体实施方式
图1是简图，示出了选择性激光熔化(SLM)设备10、例如MTT技术的SLM 250机器。该设备具有提供构造表面30上方的受控环境的构造腔20。依靠激光模块50提供的激光束40固化连续层的粉末而导致部件60的形成。构造腔20具有用于提供构造表面上方的气体保护罩的第一气体流动输入口70和用于在构造腔的顶部提供保护气体流以防止烟尘聚集在激光模块50上的第二气体输入口80。经由这两个输入口70/80泵吸到构造腔内的气体通过排放口90从构造腔中排出。排放的气体包含有在其流过构造腔时夹带在气体流中的颗粒物。
泵100保持围绕气体流动回路(即，在输入口70、80处进入构造腔并且通过排放口90从构造腔20中排出的回路)的气体流。除了泵之外，气体流动回路具有用于再定向气体流动的阀110、115、用于移除气体流中的颗粒物的颗粒过滤器120、和高效微粒空气过滤器130。该过滤器、阀和泵设置成串联于气体流动回路。
颗粒过滤器120包括外壳，该外壳包含有用于移除来自构造腔的夹带在气体流中的颗粒物的过滤器元件。
现在将参考图2和图3对实施本发明的过滤器组件进行描述。
该组件具有可以联接到排放口90下游的气体流动回路的气体输入口210、和位于气体输入口下游并且可以联接到高效微粒空气过滤器上游的气体流动回路的气体输出口220。过滤器组件包括具有可分开的上部231和下部232的过滤器外壳230。上部在图2中示出为透明的以便清楚地显示内部的过滤器组件和导流器。外壳基本上是圆筒形的并且在使用时上部231和下部232在夹紧凸缘233处牢固地夹紧。在组装时，夹紧凸缘结合有用于对两个部的夹紧起作用的螺钉和用于密封外壳的O形圈。
导流器240结合在过滤器外壳的上部231中。导流器240向下压在圆筒形过滤器元件250的端部上并且将气体流导向至过滤器元件250的侧部。过滤器元件由围绕外壳的下部232上的气体输出口的联接器定位并且在组装外壳时由上部231的导流器240施加的压力牢固地夹持在适当的位置。
该组件具有用于向过滤器元件上游的过滤器外壳供水的脏侧水输入口260(在过滤器组件已经与气体流动回路隔离密封后)。该组件还具有位于过滤器元件的干净侧、即过滤器元件下游的干净侧水输入口270。
一旦通过关闭气体输入口阀281和气体输出口阀282密封隔离过滤器元件时，就将水经由脏侧输入口和干净侧输入口260、270泵吸到外壳内以在过滤器元件250的两侧有效地灌注外壳。该灌注的水捕集保持在过滤器元件和外壳内的冷凝物和颗粒物并且中和这些颗粒，从而基本上消除在过滤器元件的移除期间发生爆炸的危险。
图3示出了处于与过滤器元件250进行装配的过程中的过滤器组件。已经通过移除夹紧凸缘233中的夹紧螺钉使上部231与下部232分开。过滤器元件250处于与外壳的下部的联接器进行装配的过程中。图3示出了气体输入口阀组件281和气体输出口阀组件282，该气体输入口阀组件281和气体输出口阀组件282联接到外壳以便在从气体流动回路中移除外壳之前密封隔离外壳与机器的气体流动回路并且随后以水进行灌注。
图4和图5示出了本发明的可替代的实施方式，其中，两个并联的过滤器组件安装成与气体流动回路串联。
排放歧管490传输来自SLM设备的构造腔中的气体。排放歧管在两个并联线路491和492之间分开气体流。这些并联线路各自都流过过滤器组件501、502运行并且该流动在T接头510处再接合成单个线路。
因为在排放歧管490与T接头510之间的每个流动线路都具有相同的部件，所以将仅对其中的一个进行描述。。
在流进两个并联线路中的一个时，气体流流过第一阀520。该第一阀520可以致动以密封气体线路，即，阻止来自歧管的另外的气体流流过过滤器501。
第一阀520的下游是过滤器组件501，该过滤器组件501具有可致动以密封过滤器组件的气体输入口侧的气体输入口阀530。流过该气体输入口阀530的气体流进过滤器外壳503并且流过过滤器组件540。
在流过过滤器组件540后，气体流流过气体输出口阀550。气体输出口阀550密封气体输出口或者过滤器组件的下游端。然后，气体流流过第二气体回路阀560。当从设备中移除过滤器组件时，第二气体回路阀560可致动以密封隔离气体流动回路与外部环境。
在第一气体流阀520与气体输入口阀530之间存在第一快速装配联接件600。同样地，在气体输出口550与第二气体回路阀560之间存在第二快速装配联接件610。当第一和第二气体回路阀520、560以及气体输入口和气体输出口阀530、550已经关闭时，可以松开快速装配联接件600、610以允许从设备中移除过滤器组件。
尽管并联的气体线路中的每一个都具有相同的部件，但是线路的元件能够单独地操作。因此，可以在将第二气体线路上的第二过滤器组件502保持在位并进行操作的同时移除第一气体线路491的过滤器组件501。
应当注意的是，尽管在该实施方式中使用了速卸联接件，但是也可以使用任意合适的联接件，例如螺钉联接件。
在使用中，两个过滤器元件同时操作以便过滤被排放的气体流中的颗粒。使用在气体流动回路中并联设置的两个过滤器组件允许在设备的操作期间更换过滤器元件。这通过关闭两个过滤器组件中的一个上的第一和第二气体回路阀520、560以及气体输入口和气体输出口阀530、550以使组件与气体流动回路隔离密封而实现。然后该密封的过滤器组件通过从气体阀之间的回路中的脱联而从设备中脱开。此时剩余的过滤器组件承载回路中的所有气体流。
可以更换被移除的过滤器组件的过滤器元件并将过滤器组件装回到设备中，或者可以将全新的过滤器组件联接到设备中。
为了更换过滤器元件，如上述，使用上游和下游的水输入口630、640灌注过滤器外壳以中和包含在外壳内的颗粒物。然后可以分开过滤器外壳以安全地替换过滤器元件。
优选地，为了清洗和替换，可以借助于回路中合适的连接件单独地移除气体流动回路的元件、具体是排放歧管490或T接头510的部件以及诸如第一气体回路气体阀520之类的气体阀。

Claims (16)

1.一种用于添加制造设备的过滤器组件，所述添加制造设备具有用于构造物体的构造腔和用于在制造过程期间使气体流流过所述构造腔的气体流动回路，所述过滤器组件包括：
过滤器外壳，所述过滤器外壳具有气体输入口和气体输出口，所述气体输入口和所述气体输出口以可分离的方式联接至所述气体流动回路，使得所述过滤器外壳能够以可移除的方式安装至所述添加制造设备，
过滤器元件，所述过滤器元件以可移除的方式定位在所述过滤器外壳内、位于所述气体输入口与所述气体输出口之间，以便在使用中，从所述气体流动回路的气体中过滤挥发性的和／或爆炸性的颗粒物；
可致动以密封所述气体输入口的阀；以及
可致动以密封所述气体输出口的阀；其中，
所述过滤器外壳设置成用于允许流体进入到所述过滤器外壳中，从而中和由所述过滤器元件捕获的所述挥发性的和／或爆炸性的颗粒物。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述过滤器外壳包括流体输入口，所述流体入口用于允许流体进入到所述过滤器外壳中，从而中和由所述过滤器元件捕获的所述挥发性的和／或爆炸性的颗粒物。
3.根据权利要求1或2所述的组件，还包括用于允许流体从所述过滤器外壳中流出的流体输出口。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述过滤器元件将所述过滤器外壳分隔成上游部和下游部，所述过滤器外壳包括允许流体进入到所述过滤器外壳的所述上游部中的第一流体输入口，并且所述组件还包括允许流体进入到所述过滤器外壳的所述下游部中的第二流体输入口。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述过滤器外壳的上游部和下游部都具有流体输出口。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述过滤器外壳包括用于将气体流从所述气体输入口导向至所述过滤器元件的导流器。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述过滤器外壳具有包括所述气体输入口的第一部和包括所述气体输出口的第二部，所述第一部能够联接至所述第二部。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述过滤器元件通过夹紧定位在所述第一部与所述第二部之间。
9.一种添加制造设备，所述添加制造设备包括用于构造物体的构造腔、用于在制造过程期间使气体流流过所述构造腔的气体流动回路、和一种过滤器组件，所述过滤器组件包括：
过滤器外壳，所述过滤器外壳具有以可分离的方式连接至所述气体流动回路的气体输入口和气体输出口，
过滤器元件，所述过滤器元件以可移除的方式定位在所述过滤器外壳内、位于所述气体输入口与所述气体输出口之间，以便在使用中，将挥发性的和／或爆炸性的颗粒物从所述气体流动回路的气体中过滤出来；
可致动以密封所述气体输入口的阀；以及
可致动以密封所述气体输出口的阀；其中，
所述过滤器外壳设置成用于允许流体进入到所述过滤器外壳中，从而中和由所述过滤器元件捕获的所述挥发性的和／或爆炸性的颗粒物。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述过滤器组件是可移除的过滤器组件，并且所述气体流动回路包括在移除所述组件之前能够致动以密封隔离所述气体流动回路的上游与所述过滤器组件的阀。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述气体流动回路还包括在移除所述组件之前能够致动以密封隔离所述气体流动回路下游与所述过滤器组件的阀。
12.根据权利要求9所述的设备，包括多于一个的过滤器组件。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，第一过滤器组件和第二过滤器组件并联地设置在所述设备的所述气体流动回路中，使得所述第一过滤器组件和所述第二过滤器组件中的每一个都能够分别从所述设备中移除以允许在所述设备的操作期间更换所述过滤器元件。
14.一种更换颗粒过滤器元件的方法，所述颗粒过滤器元件定位在安装在添加制造设备上的过滤器外壳内，所述添加制造设备包括用于构造物体的构造腔、用于在制造过程期间使气体流流过所述构造腔的气体流动回路，所述过滤器外壳具有气体输入口和气体输出口，所述气体输入口和所述气体输出口以可分离的方式联接至所述气体流动回路，使得在使用中，所述颗粒过滤器元件从所述气体流动回路的气体中过滤挥发性的和／或爆炸性的颗粒物，所述方法包括以下步骤：
(a)关闭用以密封隔离通向所述过滤器外壳的所述气体输入口的阀并且关闭用以密封隔离所述气体输出口与所述过滤器外壳的阀；
(b)从所述添加制造设备中移除所述过滤器外壳；
(c)以流体灌注所述过滤器外壳；
(d)打开所述过滤器外壳；以及
(e)替换所述颗粒过滤器元件；
其中，能够以任意顺序执行所述步骤(b)和(c)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，灌注所述过滤器外壳的步骤包括将所述过滤器外壳中的所述气体输入口联接至流体源的步骤、打开输入口阀的步骤和使流体流进所述过滤器外壳的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，灌注所述过滤器外壳的步骤还包括打开位于引自所述过滤器外壳的所述流体输出口上的输出口阀并允许流体流出所述过滤器外壳的步骤。
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