CN113242756A - 过程气体中携带的颗粒的后处理方法和装置及其所使用的过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对在用于生成式制造三维物体的设备(1)的过程气体(50)中携带的颗粒(51)进行后处理的方法，其中，将所述颗粒(51)输送给过滤室(40)。向所述颗粒(51)供应氧化剂(60)并引发所述颗粒(51)与氧化剂(60)的氧化反应。

Description

过程气体中携带的颗粒的后处理方法和装置及其所使用的过 滤器
技术领域
本发明涉及一种用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的方法和装置以及用于所述方法和设备的过滤器。
背景技术
用于生成式制造三维物体的设备和方法例如在快速原型、快速模具或增材式制造中使用。这种方法的一个例子以名称“选择性激光烧结或激光熔融”已知。这里，重复地施加粉末状构造材料的薄层，并且通过利用激光束选择性地照射与要制造的物体在相应层中的横截面相对应的位置来选择性地固化每个层中的构造材料。
在这样制造三维物体时，在从处理腔中导出的过程气体中携带颗粒，当使用金属构造材料时特别是携带金属冷凝物，所述颗粒部分地是高反应性的并且在高温下在强放热的同时发生反应。因此，特别是过程气体中携带的颗粒发生聚集的过滤器的区域中，会发生不受控的过滤器燃烧或粉尘爆炸。例如当为了更换所述一个或多个过滤器打开相应的过滤室时，由此，由于与此相关的空气供应增多而使反应概率提高，此时，加剧地出现上述风险。
EP 1 527 807提出，为了从爆炸性粉尘空气混合物中分离粉尘成分，通过使用装载过滤器板所用的增材颗粒来进行惰化。这里，这样来选择增材颗粒的量，使得由这些颗粒与夹带的粉尘形成的混合物至少在达到粉尘容器的上填充位之前不会构成可燃混合物。由碳酸钙和二氧化硅组成的颗粒与铝粉结合被称为增材颗粒。由于使用附加的颗粒，除了要提供所述颗粒以外，还要承受更快地达到上填充位的代价，因此必须更位频繁地清空粉尘容器。
发明内容
本发明的目的是，提供一种备选的或改进的方法或者备选的或改进的装置，用于对用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒、特别是金属冷凝物进行后处理，以及提供一种用于所述方法和装置的过滤器，在所述方法、装置和过滤器中，使发生不受控的颗粒燃烧的风险最小化。
所述目的通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求7所述的后处理装置和根据权利要求15所述的过滤器实现。本发明的改进方案分别在从属权利要求中给出。这里，所述方法也可以通过下面的或在从属权利要求中给出的装置特征来改进，或者相反，或者说装置的特征也可以相互利用，以便实现改进。
在根据本发明的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的方法中，将颗粒输送给过滤室，给所述颗粒供应氧化剂并引发颗粒与氧化剂的氧化反应。
这里，过程气体是指从处理腔中导出的特别是抽出的气体，根据具体制造工艺，所述气体也可以是惰性气体或包括惰性气体。在过程气体中既可以包含构造材料未固化的部分，也可以包含过程副产物，如冷凝物，例如金属冷凝物。这种在过程气体中携带的组成成分统归于术语“颗粒”，这里优选的是，构造材料未固化的部分没有或仅以比在过程气体离开处理腔时包含在过程气体中的量更少的量供应给根据本发明的后处理方法。这可以例如借助于旋风分离器来完成，所述旋风分离器有效地至少基本上实现使构造材料未固化的部分从过程副产物中分离。
原则上，在本发明的范围内，“氧化”是指一种根据广义化学通用定义的反应，即在由电子供体释放电子并由电子受体接受电子的情况下发生的反应。在氧化反应中，作为电子供体的冷凝物颗粒优选向作为电子受体的氧化剂释放电子。特别是通过作为受体的氧、例如空气中的氧或通过作为氧化剂的备选的含氧载体或反应气体来实现氧化反应。这里，氧的形式不限于分子氧，即O2，而是也包括其它形式，例如臭氧，即O3，或其它的含有氧原子的元素化合物和/或分子化合物，所述化合物的氧成分可以用作氧化剂。作为其它氧化剂已知的主要有：过氧化氢H2O2及其加合物，如过碳酸钠、处于高氧化态的过渡金属的含氧阴离子(氧阴离子)，如高锰酸MnO4-或重铬酸盐Cr2O7 2-和铬(VI)氧化物(琼斯氧化)、金属离子，如Ce4+、贵金属离子，如银和铜的离子、卤代氧酸的阴离子，如溴酸根BrO3 -和次氯酸盐ClO-、硫以及卤素：氟、氯、溴和碘。通过氧化反应，至少充分抑制了颗粒发生燃烧或爆炸的趋势，或者有针对性并且因此受控地使颗粒“燃尽”，即反应消耗颗粒。
对于目标氧化反应，这种氧化反应优选由颗粒环境的变化和/或有针对性的能量输入来引发，即，是有意地启动的。为此，例如可以如后面说明的那样，所述将氧化剂和/或冷凝物颗粒和/或未固化的构造材料和/或颗粒环境加热到预定温度。例如与加热颗粒环境相比，这样有针对性地加热颗粒降低了后处理装置中的温度，从而由此防止出现过热。但备选或补充地，除了例如通过管道加热系统、热交换器、对流换热器或红外热辐射器进行加热之外，也可以采用其它形式的用于引发或支持氧化反应的能量输入或对氧化剂和/或颗粒进行影响，这种影响例如通过带有闪光的光化学反应、等离子体、电弧、静电放电或涡流、用于使作为氧化剂的氧原子分裂的催化剂，或通过引入用于使金属冷凝物表面活化的活化剂，或者通过电解来实现。因此，根据本发明的方法在基本构思上首先没有设定供应氧化剂和引发氧化反应的步骤的强制性顺序。换句话说，引发也可以在供应氧化剂之前进行，反之亦然。这些方法步骤的顺序可以由相应的实施形式得出。也可以仅利用供应氧化剂来引发氧化反应，以及同样也可以仅利用由前面所述的能量输入源之一供应能量来引发氧化反应，换句话说，通过实施根据本发明的方法，在受控的过程副产物氧化意义上，只有上面所述的方法步骤中的一个就足够了。
这里要指出的是，根据本发明引发氧化反应是指，有针对性地启动或辅助氧化反应。只要反应性颗粒由氧化剂包围，如例如由在携带所述颗粒的过程气体或混入物中的氧成分包围，原则上应可以认定会发生自发的氧化，所述混入物通过供应过程气体和供应装氧化剂通过包含这种成分的环境而产生，这例如是因为用于过滤室的过程气体供应装置或过滤室本身不是气密的或者充满了含有所述成分的气体。但这种氧化主要仅限于通过在颗粒上形成氧化物层导致的钝化，并且仅在很少的情况下，例如在上述打开过滤室和由此所供应的氧含量突然升高的情况下，这种氧化对导致在燃烧形式的放热氧化反应。但此时这种燃烧不受控地进行。但本发明的目的是实现受控的氧化反应，通过有针对性地引发氧化反应来触发或辅助这种氧化反应。如果直至有针对性地引发氧化反应之前或直至供应氧化剂之前和/或在启动上述能量输入时所述颗粒都由限制或完全阻止颗粒反应的基本上惰性的气氛所包围，则根据本发明的方法特别受控地进行。这例如可以这样来实现，即，携带颗粒的过程气体本身是惰性气体，并且在过程气体的供应装置中和/或在过滤室中，与除了有意供应的氧化剂以外，基本上避免与可能包含在其中的氧化剂发生混合，或者过程气体的供应装置和/或过滤室本身包含惰性气体，例如由此充满惰性气体。如果过程气体本身不是惰性气体，则可以在供应装置和/或过滤室中掺入惰性气体，使得除了有针对性的氧化剂供应以外减少或完全抑制所述颗粒与其颗粒环境的反应。
不必设定成使所有颗粒都发生氧化反应，而是可以仅限于由于其尺寸或其表面体积比、其反应特性和/或其含量而构成相应的燃烧或爆炸危险的颗粒。此外，与用于引发氧化反应的能量输入相结合，特别是考虑到进行了加热，颗粒还可能发生凝聚或团聚，直至烧结，通过所述凝聚或团聚会将活性表面降低到无害的程度。放热氧化反应也可以造成这种效果。如上所述，例如借助于离心分离器，优选可以在氧化反应之前将构造材料的未固化部分或者优选将冷凝物颗粒从过程气体中携带的颗粒环境中预分离出来，以便能够重新利用，从而氧化反应由此主要针对作为颗粒的冷凝物。所述冷凝物例如通常作为具有在80至120nm的范围内的初级粒径的团聚颗粒存在，作为在5至50nm的范围内的初级颗粒存在。
由此例如可以不必使用增材颗粒。此外，例如在不太高的温度下发生燃尽时，在优选不改变或仅略微改变颗粒尺寸的情况下就可以降低一般性的燃烧和爆炸风险。就此而言，与没有预先对在过程气体中携带的颗粒进行后处理就进行过滤器更换相比，再更换过滤器之后在清理或以其他方式进一步处理过滤器和颗粒或颗粒残留物时可能继续存在的燃烧和爆炸风险也有所降低。
优选将所供应的氧化剂供应给颗粒环境，优选地可流动地，更优选地气态地，特别是以惰性气体的形式提供所述颗粒环境。
可流动的颗粒环境有助于使氧化剂在颗粒环境中均匀分布。以气态形式提供颗粒环境使得能够直接利用过程气体，但在气体的流动特性方面对于设备设计也是有利的。此外，通过使用惰性气体作为颗粒环境，除了目标的氧化反应以外，也防止或至少抑制其颗粒发生反应。
氧化剂的供应这里特别是指在所设定的氧化反应的区域中提高颗粒环境的氧化剂浓度。
颗粒环境可以通过携带颗粒的过程气体本身形成或在过程气体的供应装置和/或氧化剂供应装置和/或过滤室中包含的介质或通过它们的混合物来形成。由于特别是气态形式的颗粒环境的流动性，氧化剂可以很好地分布在颗粒环境中。在将惰性气体设定为颗粒环境的一部分时，可以例如通过惰性环境降低冷凝物颗粒和/或构造材料未固化的部分的反应风险，除了有针对性地引发氧化反应和/或有针对性地供应氧化剂以外。
优选以适当的物质状态、优选可流动地、更优选气态地，特别是以氧气的形式提供氧化剂。但根据氧化反应条件也可以考虑采用固体作为氧化剂。
表述“适当的”涉及关于颗粒氧化或要供应给氧化反应的颗粒的目的，使得对于这些颗粒可以认为在这种物质状态中发生基本上完全的氧化反应。这里，流动性也可以例如有利于氧化剂围绕颗粒的分布。对于气态的颗粒环境，特别是通过气态氧化剂特别好地得到均匀分布。
使用氧气作为氧化剂在很多方面是适宜的，如特别是考虑到使用空气中的氧情况下由于氧气的可获得性而是适宜的，在氧化反应的意义上或者甚至在有针对地希望的燃尽意义上，很多颗粒材料对氧气具有高亲和力。
优选给所述颗粒供应相对于颗粒环境体积含量为至少0.01vol％且最多20vol％，优选至少1vol％，特别优选至少4vol％，和/或优选最多10vol％，特别优选最多6vol％的氧化剂，特别是氧气。
由此，例如可以防止发生不受控的连锁反应，并且可以实现在ATEX规定意义上的防爆。
优选对所述颗粒进行加热，特别是加热到至少50℃且最高650℃，优选至少75℃，更优选至少100℃和/或优选最高200℃，更优选最高150℃的温度。
通过加热颗粒，例如可以引发或促进氧化反应。所述加热可以在供应氧化剂之前、之后或期间进行。特别是当氧化剂的供应位置也设定为氧化反应的位置时，加热在供应氧化剂期间进行，以便有效地实现加热。但是由于不同的原因，如由于结构导致的预定条件，加热也可以设置在氧化剂供应之前或之后。
如已经提到的那样，由于加热不是针对颗粒环境的气体，而是针对颗粒，防止后面说明的后处理装置发生过热，特别是在长时间加热时发生过热。例如在使用辐射加热时，基本上仅由颗粒吸收热量，此时，与气体中的热量相比，这种热量吸收并不明显。另外，原则上也可以设定，使颗粒环境的气体再循环和/或对其进行主动冷却。
这里要指出的是，涉及颗粒环境的术语“气体”既包括过程气体也包括气态氧化剂和处于颗粒环境中的其它气体以及它们的混合物，因为在这样进行的颗粒加热方面这并不重要，而是对于氧化反应的情况需要对此加以考虑。
与材料相关地，加热温度可以适宜地具有较高的值，如对于AlSi10Mg在200℃左右的范围内，此时，特别是允许通过加热超过颗粒的点火温度和/或通过加热超过过滤器的点火温度，只要在颗粒环境中的反应在没有接触过滤器的情况下发生，并且在接触过滤器之前，重新低于其点火温度的上限。备选于此的温度敏感度较低的备选方案是点火温度较高的金属或陶瓷过滤器。
优选检测包围颗粒的氧化剂含量、特别是氧含量和/或颗粒环境的温度和/或颗粒本身的温度，并影响氧化剂供应装置和/或加热装置和/或抽吸装置的操控。
术语“检测”这里不限于对相应值的测量，而是还可以包括所述值来自其他信息源的派生值，如参数设置。但所述值的测量例如可以反映与设置无关的状态信息。根据所测量的值或与目标值的预定偏差，对氧化剂供应装置和/或加热装置和/或抽吸的操控的影响措施可以是关闭这些装置中的至少一个。但在一个有利的改进方案中，影响措施对应于调节或再调节，以便将所述方法重新引导到目标值的预定范围内。但最终根据偏差的程度和相关的风险可以设置两种影响措施可选方案，例如在偏差小于或等于预定偏差时进行调节，而在超过所述预定偏差时进行关闭。
在根据本发明的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的后处理装置中，将颗粒输送给过滤室，所述后处理装置包括用于将氧化剂供应给颗粒的氧化剂供应装置和引发颗粒与氧化剂的氧化反应的器件。
氧化剂供应装置可以构造成管线，所述管线可将氧化剂从氧化剂储存器供应给颗粒，或仅构造成氧化剂通道。用于引发氧化反应的器件可以包括例如用于输入能量、特别是用于提高温度的器件，或用于供应催化剂、表面活化剂和/或电解质的供应装置或通路，如在上面已经概况说明的那样。
如已经对于根据本发明的方法所说明的那样，所述后处理装置可以例如实现颗粒的目标氧化，以便降低燃烧和爆炸的风险。
优选将所述氧化剂供应装置配设给过程气体的供应装置和/或间接或直接地连接到过滤室上。
将过程气体的供应装置是指将过程气体供应给过滤室。当将氧化剂供应装置配设给过程气体的供应装置时，例如可以从一个氧化剂供应装置和一个用于多个过滤室的过程气体的供应装置出发操作所述多个过滤室，因为不必给每个室都设置氧化剂供应装置。相反，例如存在一个过滤室和多个过程气体供应装置，设有一个连接在该过滤室上的氧化剂供应装置可能是有利的。为了提高灵活性，也可以设想存在可选择的连接可能性或配设选项。到过滤室上的连接不必强制性地直接进行，而是也可以例如通过功能性中间部段、如阀部段间接地设置。
此外，通过将氧化剂供应装置连接到过程气体的供应装置上，在颗粒到达过滤室之前，例如已经可以进行颗粒的目标氧化反应。在将氧化剂供应装置连接到过滤室上的情况下，例如可以相反地将目标氧化反应限制于过滤室的区域。
优选氧化剂供应装置基本上对准过滤室中的至少一个过滤器。
由此例如可以实现的是，将到达所述至少一个过滤器的颗粒供应给氧化反应或者氧化反应可以在所述过滤器的区域内进行，从而有利于氧化的颗粒在过滤器上沉积。特别对于后面说明的过滤器的带有能量输入源的设计方案，氧化剂供应装置对准到过滤室中的过滤器是有利的。
优选设有控制器，特别是调节器，所述控制器操控氧化剂供应装置，使得所述氧化剂供应装置连续地、周期性地或可变地供应氧化剂。
连续供应氧化剂可以提供最小氧化剂浓度。但也可能有利的是，例如在引发氧化反应之后，首先不补充供应氧化剂，而是让氧化反应在目前为止供应的量下进行。事件或状态相关的供应形式的可变供应在很多情况下，特别是在出现燃烧和爆炸危险时在涉及消耗值和过程控制的调节上是有利的。在周期性或可变地供应的情况下，控制器例如可以抑制或闭锁过程气体的供应，如通过关闭用于进行供应的抽吸装置或通过相应的封闭元件来进行抑制或闭锁。由此可以使氧化反应在准封闭的系统内进行。特别是当存在用于避免向处理腔的反馈的装置时，如优选可以通过封闭元件实现的那样，可以防止氧化反应不期望地进入处理腔。这里，这种抑制或闭锁不必与以下事实相关联，即，没有附加量的在过程气体中携带的颗粒被引入氧化反应中，而是也可以例如在后氧化时中断影响氧化过程的过程气体的进一步供应，此时同样也没有颗粒。如果使用惰性气体作为过程气体，则所述惰性气体可以例如在其它情况下重新降低氧化能力。
优选所述后处理装置具有至少一个能量输入源，所述能量输入源的能量输入从过滤室之外特别是通过辐射透明区域向过滤室的内腔中进行，和/或在过滤室的内部特别是通过集成到所述至少一个过滤器中的能量输入元件进行。
通过所述能量输入源将用于引发氧化反应的能量供应给氧化剂和/或所述颗粒和/或颗粒环境。例如向颗粒供应活化能和/或用于提高温度的能量，以便提高由颗粒本身提供活化能的可能性。
当设置在过滤室之外时，能量输入可以例如通过辐射透明区域例如对准颗粒，而除了基本上可忽略的吸收现象以外不会加热其它组件或介质。
备选或补充地，设置过滤器室的内部，特别是集成到所述至少一个过滤器中的能量输入元件可以提供这样的优点，即，例如更为有针对性地局部引入能量输入。
但是同样也可以设想采用这样的能量输入源，所述能量输入源的能量输入从过程气体的供应装置的外部特别是通过辐射透明的区域向过程气体的供应装置的内腔中进行，和/或在过程气体的供应装置的内部进行。
在将能量输入源配设给过程气体的供应装置时，也可以以简单地补充装备所述能量输入源，其方式是，通过将在内部或外部包括能量输入源的和/或具有辐射透明的区域的中间件例如作为改装套件引入过程气体的供应装置中，或作为连接件添加这种中间件。除了能量输入源之外，相应的中间件或连接件也可以具有用于氧化剂供应的入口。备选或补充地，所述中间件或连接件包括用于过程监控的传感器。
优选所述至少一个能量输入源优选构造为加热装置并且优选能够通过控制器、特别是调节器来操控和/或调节。
术语“加热装置”是指能够使氧化剂、颗粒和/或颗粒环境升温的装置。在提供活化能的意义上以及在温度相关的氧化进程意义上，这种加热装置可以用作引发氧化反应的器件。此外，也可以例如通过提供预定的温度水平来辅助颗粒的凝聚或团聚和/或烧结。通过连接到控制器上，可以预先规定温度曲线，所述温度曲线分别涉及不同的作用机制。类似地也可以将加热装置到调节器中，以便能够对偏离控制规定值的值做出响应或能够根据调节参数进行操作。
所述控制器可以设定为通过能量输入源或者一般而言通过用于引发氧化反应的器件以预定的时间间隔周期性地引发氧化反应或者在调节的意义上设定为事件相关地引发氧化反应，例如在达到预定的颗粒量时或者例如在打开过滤室之前根据操作员的要求引发氧化反应。对于最后提到的例子，也可以设定，在以下情况下才允许打开过滤室：事先已经引发氧化反应并且可以认定其进程已经完成或者过程监控对其进行了确认，必要时根据在氧化反应之前作为条件触发器在过滤室中检测到的颗粒量或在此后根据作为释放条件的剩余量来进行确认。
优选设有过程监控装置，所述过程监控装置监控氧化剂含量、特别是氧含量和/或监控温度。
过程监控装置例如可以用于记录过程状态，以信号信息或警告消息的形式输出临界的过程状态，触发关闭操作和/或作为调节器的一部分向调节器发送实际值。用于过程监控的测量氧化剂含量或温度的传感器不仅限于检测这些量。备选或补充地，也可以监控在过程气体中携带的颗粒的量。
作为用于过程监控的装置，所述过程监控装置可以形成其自己的独立单元，或者可以通过例如在控制器中组成过程控制装置的各个传感器对要监控的量进行检测。要监控的量的检测优选可以设定成空间分辨地确定感兴趣区域中的值的方式进行，或者至少这样进行，即，可以通过检测到的量得出关于在感兴趣的区域中要监控的量的结论。
所述控制器优选地基于过程监控来控制氧化剂供应装置和/或加热装置和/或抽吸装置。
响应于由过程监控系统检测到的值，例如在检测到过低的氧化剂含量时可以提高氧化剂供应、提高温度和/或对抽吸并由此对过程气体的供应进行节流。一方面，对过程气体的供应的调节可以以过程气体中携带的颗粒的量为目标和/或以携带颗粒的过程气体的量为目标，这在供应时又对氧化剂的浓度产生影响。因此，过程监控装置和控制器形成一个调节回路。
用于在根据本发明的方法或根据本发明的设备中使用的根据本发明的过滤器包括加热装置，加热装置构造成电阻加热器，特别是金属丝编织物和/或电热丝。
通过将加热装置构造成电阻加热器可以简单地实现。金属丝编织物是特别适宜的，所述金属丝编织物例如可以设计成格栅、网结构或不规则结构。不规则结构例如可以根据局部的结构密度而具有不同的温度范围。可以将金属丝编织物或电热丝嵌入过滤织物中。
由于过滤器包括加热装置，所以这里也简化了传统过滤室的用于后处理装置或用于使用用于后处理的方法的改装。备选或补充地，过滤器也可以设定为用于提供氧化剂或用于提供所述或另外的用于引发氧化反应的器件。在提供氧化剂的情况下，所述过滤器可以例如由用作电子受体的材料形成或包含所述材料。除了加热装置以外，所述过滤器还可以用作催化剂，用以引发氧化反应，或辅助活化表面的形成。
在过滤器的区域上或中引发氧化反应也可以是有利的，因为可以预期在这里会出现最大量的颗粒聚集。这里，可以周期性地引发氧化反应，或在打开过滤室之前，达到临界量时，特别是在基于所确定的边界条件，有针对性地在过程监控或调节中引发氧化反应。
附图说明
本发明的其它特征和适当性由参考附图对实施例的说明得出。
图1示出用于生成式制造三维物体的设备的示意性的部分剖开的视图。
图2示出与根据图1的设备相结合示出根据本发明的第一实施形式的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的后处理装置的示意性的部分剖开的视图，其中，可以在一个实施例中将氧化剂供应装置和用于引发氧化反应的器件配设给过滤室。
图3示出与根据图1的设备相结合示出根据本发明的第二实施形式的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的后处理装置的示意性的部分剖开的视图，其中，可以在一个实施例中将氧化剂供应装置和用于引发氧化反应的器件配设给过程气体的供应装置。
图4示出与根据图1的设备相结合示出根据本发明的第三实施形式的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒进行后处理的后处理装置的示意性的部分剖开的视图，其中，在一个实施例中，氧化剂供应装置对准过滤器并且所述过滤器包括用于引发氧化反应的器件。
具体实施方式
下面，参考图1说明用于产生三维物体的设备。图1中示出的设备是激光烧结或激光熔融设备1。为了构造物体2，所述设备包含具有腔壁4的处理腔3。
在处理腔3中设置向上敞开的具有容器壁6的容器5。通过容器5的上部开口限定工作平面7，这里，工作平面7的位于开口内部的可以用于构造物体2的区域称为构造区8。此外，处理腔3包括配设给处理腔的过程气体供应口31和用于过程气体的出口53。
在容器5中设置能够沿竖直方向V移动的支座10，在所述支座上安装基板11，所述基板向下封闭容器5并由此形成容器的底部。基板11可以是与支座10分开形成的板件，所述板件固定在支座10上，或者所述基板可以与支座10一体地构成。根据所使用的粉末和工艺，还可以在基板11上安装作为构造底座的构造平台12，在所述构造平台上构造所述物体2。但也可以在基板11本身上构造所述物体2，此时基板11用作构造底座。在图1中，以中间状态在工作平面7下方示出要在容器5中在构造平台12上形成的物体2，所述物体具有多个固化层，并被保持未固化的构造材料13包围。
激光烧结设备1还包括用于能通过电磁辐射固化的粉末状构造材料15的储存容器14以及能沿水平方向H移动的用于在构造区8之内施加构造材料15的涂布器16。涂布器16优选横向于其运动方向在整个要涂布的区域上延伸。
可选地在处理腔3中设置辐射加热器17，所述辐射加热器用于加热所施加的构造材料15。例如可以设置红外辐射器作为辐射加热器17。
所述激光烧结设备1还包括带有激光器21的照射装置20，所述照射装置产生激光束22，所述激光束经由转向设备23发生转向并且通过聚焦设备24经由入射窗25聚焦到工作平面7是，所述入射窗在处理腔3的上侧上安装在腔壁4中。
此外，所述激光烧结设备1还包括控制单元29，通过所述控制单元以协调的方式控制设备1的各个组件，以实施构造过程。备选地，所述控制单元也可以部分地或完整地安装在所述设备之外。所述控制单元可以包含CPU，其运行由计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述设备分开地存储在存储介质上，由所述存储介质可以将所述计算机成加载到所述设备中，特别是加载到控制单元中。
优选采用粉末状的材料作为构造材料15，这里本发明特别是针对形成金属冷凝物的构造材料。在氧化反应的意义上，其中特别包括含铁和/或钛的构造材料，但也包括含铜、镁、铝、钨、钴、铬和/或镍的材料，以及包含上述元素的化合物。
在运行中，为了施加粉末层，首先将支座10降低一个对应于希望的层厚度的高度。涂布器16首先向储存容器14移动，并从所述储存容器中接纳足够施加一个层的量的构造材料15。然后，涂布机在构造区8上移动，在这里将粉末状的构造材料15施加到构造底座上或施加到事先已经存在的粉末层上，并将其涂布成粉末层。所述施加至少在要制造的物体2的整个横截面上进行，优选在整个构造区8、即由容器壁6限定的区域上进行。可选地，通过辐射加热器17将粉末状构造材料15加热到工作温度。
接着，由激光束22扫描要制造的物体2的横截面，从而粉末状构造材料15在与要制造的物体2的横截面相对应的位置处发生固化。此时，粉末颗粒在这些位置处通过由辐射引入的能量而部分或完全地熔化，从而在冷却之后所述粉末颗粒相互相连地作为固体存在。重复这些步骤，直到制造完成所述物体2并且可以将其从处理腔3中取出。
图2示出与根据图1的设备1相结合示出根据本发明的第一实施形式的用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体中携带的颗粒51进行后处理的后处理装置50的示意性的部分剖开的视图。颗粒51和携带所述颗粒的过程气体50由相应的箭头表示。携带有颗粒51的过程气体50经由出口53流出、例如被抽吸到过程气体50从处理腔3到过滤室40的供应装置52中。除了用于过程气体50和过程气体中携带的颗粒51的供应装置52的入口之外，过滤室40还具有用于通过氧化剂供应装置62供应的氧化剂60的入口，该入口同样用相应的箭头示出。所述氧化剂供应装置62对准携带从供应装置52中流出的颗粒51、即携带所述颗粒的过程气体50，使得氧化剂60可以在下面所述引发氧化反应的区域中遍布于颗粒51的颗粒环境。作为引发氧化反应的器具，这里设有构造成辐射加热器的能量输入源70，所述能量输入源经由过滤室40的透明区域42将其热辐射入射到过滤室中，并使所述辐射很大程度地由过程气体50中携带的颗粒51吸收，使得有针对性地加热所述颗粒。将氧化剂60供应到颗粒51的颗粒环境中与由能量输入源70产生的颗粒温度相结合导致发生氧化反应，在所述氧化反应中，所述颗粒51燃尽和/或至少在有引导的氧化反应中以这样的程度钝化，使得能充分地抑制所述颗粒的燃烧和爆炸倾向。然后，通过过滤器41带出携带颗粒51或现在携带颗粒残余物的过程气体50，根据过滤器特性，颗粒51或颗粒残余物留在过滤器上。
后处理装置还可以具有未示出的分离器，以便从过程气体50中分离出由未固化的构造材料13形成的颗粒51，从而这些颗粒没有供应给后处理。
在根据图2的实施形式中，氧化剂供应装置62、过程气体50的供应装置52和能量输入源70设置成，使得由能量输入源70在颗粒环境中引发氧化反应，所述颗粒环境中，氧化剂60与携带颗粒51的过程气体50相遇，并且这里与颗粒环境混合。但备选地，也可以首先将在过程气体50中携带的颗粒51加热到这样的温度，此时，所述温度在颗粒51与氧化剂60相遇时引起氧化反应。同样也可以在颗粒环境已经与氧化剂60发生混合时，才进行引发氧化反应的能量输入，只要此时仍存在足够的氧化剂含量。这既涉及空间的也涉及时间的考察方式。
此外，图2中的后处理装置具有控制器80，所述控制器可以操控氧化剂供应装置62并由此操控例如经由阀、出口53供应给过滤室的氧化剂60的量，并且由此还操控过程气体50和在其中携带的颗粒51的量，以及操控能量输入源70。为了调节这些能由控制器80操控的装置中的至少一个，设有过程监控装置90，所述过程监控装置特别是空间分辨地通过一个或多个传感器、如传感器91和92至少监控过滤室40中的氧化剂含量、颗粒量或温度，所述传感器针对图3来举例说明，并且这里过程监控装置90可以包括所述传感器。调节通过控制器80进行，但是也可以由与控制器分离的单元形成。此外，所述控制器80也可以包含在激光烧结设备1的控制单元29中，或者可以配设给所述后处理装置100。
与在图2所示的第一实施形式不同，在图3中所示的根据第二实施形式的后处理装置200中，将氧化剂供应装置621和构造成辐射加热器71的能量输入源配设给过程气体50的供应装置521和在过程气体中携带的颗粒51。供应装置521这里包括朝向处理腔3的供应装置部段5211、朝向过滤室40的供应装置部段5212和中间部段5213。，氧化剂供应装置621在朝向处理腔3的供应装置部段5211中将氧化剂60供应给携带颗粒51的过程气体50。但备选地，也可以将氧化剂供应设置在中间部段5213中，特别是设置在在中间部段5213中起作用的辐射加热器71之前或者设置在朝向过滤室40的供应装置部段5212中。中间部段5213设计成，使得它能够装入朝向处理腔3的供应装置部段521和朝向过滤室40的供应装置部段5212之间。相应地，所述中间部段5213可以是改装套件，这种改装套件使得可以简单地将传统的设备适应性调整成用于对在过程气体50中携带的颗粒进行后处理的后处理装置。所述中间部段5213这里具有环绕的辐射透明区域524，通过这个区域将同样围绕中间部段5213的纵轴线环绕的能量输入源71的能量输入到中间部段5213中。
在根据图3的后处理装置200中，首先通过氧化剂供应装置621在朝向处理腔3的供应装置部段5211中将氧化剂60供应给携带颗粒51的过程气体50，从而使氧化剂60遍布于在过程气体50中携带的颗粒51的颗粒环境。由携带颗粒51的过程气体50和氧化剂60组成的混合物通过中间部段5213，在所述中间部段中，通过能量输入源71引发氧化反应。为了进行过程监控和通过控制器80以过程监控为基础进行调节，在朝向处理腔3的供应装置部段5211中设有用于探测在过程气体50中携带的颗粒51的量的传感器91，并且在中间部段5213中设有用于测量温度和氧化剂含量的传感器单元92。
在图4所示的后处理装置300的第四实施形式中，氧化剂供应装置622连接到过滤室40上，使得所述氧化剂供应装置基本上对准过滤器41，并且由此氧化剂60围绕过滤器41流动或氧化剂60遍布于该过滤器。因此，可以在过滤器41上有效地将氧化剂60供应给过程气体50中携带的颗粒51。特别是设定为不连续的目标氧化反应中，可以认定在过滤器上存在供应给目标氧化反应的颗粒51的最大积聚量。此外，在一个改进方案中，过滤器41可以具有以嵌入过滤织物中或包围过滤织物的电热丝72形式的电阻加热器，所述电热丝用作能量输入源，以便引发氧化反应。如已经说明的那样，通过电热丝进行的温度引入还可以附加地用于辅助通过其它器件引发的氧化反应。此外，还设有过程监控装置90，所述过程监控装置例如可以向控制器80发送关于氧化剂含量、温度和/或在过程气体50中携带的颗粒51量的信息。
在一个应用示例中，过程监控装置90检测供应给过滤室40和/或过滤器41的颗粒51的量，以便在颗粒51达到预定量时在添加的氧化剂60的情况下通过电热丝72引发氧化反应。优选这样来实现氧化反应，即，使得过滤器41上的颗粒51烧尽。备选地，除了颗粒51的量之外，也可以将预定的时间段用作引发氧化反应的标准。在另一备选方案中，也可以设定另外的触发事件，例如在打开过滤室40以移除过滤器41之前，通过操作人员的指令来触发。不同的备选方案一方面可以转用于其它实施形式，但是另一方面也可以相互组合。可以这样来操控通过氧化剂供应装置622进行的氧化剂60的供应，使得当进行或应进行氧化反应的引发时，向过滤室40提供氧化剂60。备选地，原则上可以至少向过滤室40连续提供最低水平的氧化剂含量，或者用以下方式提供，使得在过滤室40中保持(氧化剂含量的)最低水平。在第一变型方案中，只要没有设定引发氧化反应，则避免与氧化剂60发生氧化反应。在所提及的第二变型方案中，例如可以辅助颗粒51的钝化，使得通过引发氧化反应而进行的燃尽针对这样的颗粒51，这些颗粒的燃烧和爆炸倾向没有通过钝化得到充分的抑制。这里也可以以设定所述变型方案的组合，其形式是，使得过滤室40中或过滤器41上存在较低的恒定的氧化剂含量并且在预定时刻，即例如在达到颗粒51的预定量时、在预定的时间段之后或根据要求提高氧化剂含量。

Claims (15)

1.用于对在用于生成式制造三维物体的设备(1)的过程气体(50)中携带的颗粒(51)进行后处理的方法，其中，将颗粒(51)输送给过滤室(40)，其特征在于，向所述颗粒(51)供应氧化剂(60)并引发所述颗粒(51)与氧化剂(60)的氧化反应。
2.根据权利要求1的方法，其中，将所供应的氧化剂(60)供应给颗粒环境和/或使其处于颗粒环境中，优选可流动地、更优选气态地、特别是以惰性气体的形式提供所述颗粒环境。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，适当的物质状态、优选可流动地、更优选气态地、特别是以氧气的形式提供所供应的氧化剂(60)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，给所述颗粒(51)供应相对于颗粒环境体积比例为至少为0.01vol％且最多为20vol％、优选至少为1vol％、特别优选至少为4vol％和/或优选最多为10vol％、特别优选最多为6vol％的氧化剂(60)，特别是氧气。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对所述颗粒(51)进行加热，特别是加热到至少50℃且最高650℃的温度，优选加热到至少75℃、更优选至少100℃和/或优选最高200℃、更优选最高150℃的温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，检测包围所述颗粒(51)的氧化剂含量、特别是氧含量，和/或检测颗粒环境的温度和/或颗粒(51)本身的温度，并对氧化剂供应装置(62、621、622)和/或加热装置(70、71、72)和/或出口(53)的操控施加影响。
7.后处理装置(100、200、300)，用于对在用于生成式制造三维物体的设备的过程气体(50)中携带的颗粒(51)进行后处理，其中，将所述颗粒(51)输送给过滤室(40)，其特征在于，所述后处理装置(100、200、300)包括用于将氧化剂(60)供应给所述颗粒(51)的氧化剂供应装置(62、621、622)和引发所述颗粒(51)与氧化剂(60)的氧化反应的器件。
8.根据权利要求7的后处理装置，其特征在于，所述氧化剂供应装置(62、621、622)配设给过程气体(50)的供应装置(52、521)和/或连接到过滤室(40)上。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的后处理装置，其特征在于，所述氧化剂供应装置基本上对准过滤室(40)中的至少一个过滤器(41)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的后处理装置，其特征在于，设有控制器(80)、特别是调节器，所述控制器操控所述氧化剂供应装置，使得所述氧化剂供应装置连续地、周期性地或可变地供应氧化剂。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的后处理装置，其特征在于，所述后处理装置具有至少一个能量输入源(70、71、72)，所述能量输入源的能量输入特别是从过滤室(40)的外部特别是通过辐射透明的区域(42)向过滤室的内腔中进行，和/或在过滤室(40)的内部特别是通过集成到所述至少一个过滤器中的能量输入元件进行。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的后处理装置，其特征在于，所述至少一个能量输入源(70、71、72)优选构造成加热装置，并且优选能通过控制器(80)、特别是调节器操控和/或调节。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的后处理装置，其特征在于，设有过程监控装置(90)，过程监控装置监控氧化剂含量，特别是监控氧含量、颗粒量和/或温度。
14.根据权利要求13所述的后处理装置，其特征在于，所述控制器(80)在运行中基于过程监控装置(90)操控氧化剂供应装置(62，621、622)和/或能量输入源(70、71、72)和/或出口(53)。
15.用于在根据权利要求1至6中任一项所述的方法中和/或在根据权利要求7至14中任一项所述的装置(100、200、300)中使用的过滤器(41)，其特征在于，所述过滤器(41)包括加热装置(72)，所述加热装置构造成电阻加热器，特别是金属丝编织物和/或电热丝。
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