DE102012004587A1 - Filtereinrichtung zum Anschluss an eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung 1 zum Anschluss an eine Lasersinter (SLS)- oder Laserschmelzanlage (SLM) mit einer Gebläseeinheit 2 und einer mit dieser mittels wenigstens einer Rohrleitung 3 verbundenen Filtereinheit 4, wobei ein Eingangsanschluss 5 der Filtereinheit 4 an einem Gasauslass der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage angeschlossen ist und das abgesaugte Gas entweder im Kreislauf mit der Lasersinter- bzw. Laserschmelzanlage geführt oder abgeblasen wird, wobei die Filtereinheit 4 in einem räumlich und betreffend die Rohrleitung 3 vollständig von der Gebläseeinheit 2 und der Laserschmelz- bzw. Lasersinteranlage trennbaren Gehäuse 6 eines Filtermoduls 7 angeordnet ist, alle vom Gehäuseinnenbereich 8 des Filtermoduls 7 nach außen führenden Gasanschlüsse 5, 9 mit Sperrventilen 10 versehen sind, sowie an dem Filtermodul 7 ein Zulauf 11 und ein Ablauf 12 für ein Benetzungsmedium vorgesehen sind, um den mit abgesaugten Rückständen zumindest teilweise beladenen Filter 13 vor dem Öffnen des Filtermoduls 7 zu fluten oder zumindest zu benetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Anschluss an eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage. Lasersinter oder Laserschmelzanlagen werden dazu eingesetzt, aus Pulvern, insbesondere Metallpulvern dreidimensionale Gegenstände herzustellen. Dabei wird das pulverartige Baumaterial in dünnen Schichten auf eine Unterlage aufgetragen und schichtweise entsprechend der Querschnittgestaltung des Objektes mit Laserstrahlung verfestigt. Beim Auftreffen der Laserstrahlung auf die zu verfestigende Pulverschicht an den dem Objekt entsprechenden Stellen wird das pulverartige Baumaterial angeschmolzen oder aufgeschmolzen. Je nach Baumaterial und Prozess verbacken entweder die Pulverteilchen zu einem gesinterten dreidimensionalen Formkörper oder – beim Laserschmelzverfahren – werden metallische Pulverteilchen mehr oder weniger vollständig aufgeschmolzen, es bildet sich ein Schmelzepool lokal im Laserfokus und nach der Erstarrung dieses Schmelzepools liegt der mit Laserstrahlung bestrahlte Querschnitt in verfestigter Form vor.
  • Bei den genannten Prozessen entsteht eine erhebliche Hitzeentwicklung. Vom Pulverbett ausgehend werden feine Materialspritzer und/oder Schmauch abgegeben, insbesondere Schmauch kontaminiert die im Bauraum aufrechterhaltene Atmosphäre, meistens eine Schutzgasatmosphäre, so dass die Gefahr besteht, dass das Bearbeitungsergebnis durch Verbrennungsrückstände, insbesondere Schmauch negativ beeinflusst wird.
  • Es ist bereits bekannt, in einem Schutzgaskreislauf eine Filterung zur Reinigung des Gases, insbesondere Schutzgas vorzusehen. Bekannte Filteranlagen sind im Wesentlichen einteilig und umfassen zumindest eine Gebläseeinheit, mit welcher ein Gasstrom aufrechterhalten wird und eine Filtereinheit, die dazu geeignet ist, in einem Filterelement durch den Gasstrom abgesaugte Partikel zurückzuhalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, dass der Filter auf einfache Weise und gefahrlos gereinigt werden kann und eine mit der Filtereinrichtung ausgestattete Lasersinter- oder Laserschmelzanlage ohne lange Unterbrechungen gleichsam kontinuierlich betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2–11, die Ansprüche 12 und 13 betreffen ein besonders vorteilhaftes Filterverfahren.
  • Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die Filtereinheit in einem räumlich und betreffend die Rohrleitung vollständig von der Gebläseeinheit und der Laserschmelz- bzw. Lasersinteranlage trennbaren Gehäuse eines Filtermoduls anzuordnen, wobei alle vom Gehäuseinnenbereich des Filtermoduls nach außen führenden Gasanschlüsse mit Sperrventilen versehen sind. Außerdem ist an der Filtereinheit ein Zulauf und ein Ablauf für ein Benetzungsmedium vorgesehen, um den mit abgesaugten Rückständen zumindest teilweise beladenen Filter vor dem Öffnen des Filtermoduls zu fluten oder zumindest zu benetzen.
  • Vorteilhafter Weise befindet sich das Filtermodul zwischen der Gebläseeinheit und der Laserschmelz- oder Lasersinteranlage, sodass das kontaminierte Gas nach Austritt aus der Laserschmelz- oder Lasersinteranlage durch den Filter des Filtermoduls hindurchgesaugt wird. Es ist aber auch möglich, bei geeigneter Ausbildung der Gebläseeinheit das kontaminierte Gas zunächst durch die Gebläseeinheit hindurchzuführen und dann zu filtern.
  • Durch die getrennte Ausführung von Filter- und Gebläseeinheit wird es zunächst ermöglicht, das Filtermodul von den anderen Komponenten der Anlagen vollständig abzutrennen, wobei zumindest im Innenbereich des Filtermoduls eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten bleibt. Vorteilhafterweise sind auch die anderen Anlagenkomponenten mit Absperrventilen versehen, um nach dem Trennen des Filtermoduls in diesen Anlagenkomponenten nicht erneut eine Schutzgasatmosphäre aufbauen zu müssen. Zum Entleeren und Reinigen des Filters kann das abgetrennte und inertisierte Filtermodul einen sicheren Bereich, z. B. einen Außenbereich oder gesonderten Raum verbracht werden, um die Filterwartungs- und Reinigungsarbeiten durchzuführen. Vor dem Transport des Filtermoduls oder auch in dem gesonderten Raumbereich, in dem der Filter geöffnet wird, kann vor dem Öffnen des Filters der Filterkuchen benetzt oder geflutet werden, falls die Gefahr einer Verpuffung oder Explosion besteht, was bei diversen Baumaterialien grundsätzlich möglich ist. Dadurch wird eine Oxidation des Filterkuchens vermieden, so dass ein völliges gefahrloses Öffnen des Filtergehäuses vorgenommen werden kann, sobald die Benetzungsflüssigkeit wieder abgelassen ist.
  • Das Gehäuse der Filtereinheit ist mit einem abnehmbaren Oberteil versehen, in welches der Zulauf des Benetzungsmediums mündet. Ist das Oberteil abgehoben, dann kann der Filtereinsatz der Filtereinheit von oben aus dem Unterteil des Gehäuses herausgenommen und außerhalb des Gehäuses gereinigt werden. Der Filtereinsatz ist im Wesentlichen nach Art eines zylindrischen Filtertopfes ausgestaltet, der mit seinem Innenbereich zum Oberteil hin offen ausgebildet ist. Der Gasstrom durch den Filtereinsatz ist so angelegt, dass die Luft oder das Gas zum Innenbereich des zylindrischen Filtertopfes gesaugt wird, so dass sich ein Filterkuchen an der Außenseite anlagert. Wird erfindungsgemäß in der Gebläseeinheit oder auch in einer gesonderten Druckvorrichtung ein Gasdrucktank vorgesehen, der über eine Gasdruckleitung mit dem Gehäuse der Filtereinheit verbunden ist, dann kann durch einen derartigen Druckstoß der Filterkuchen von der Außenseite des Filtereinsatzes gelöst werden und fällt nach unten in das Unterteil des Filtergehäuses. Dies kann bei Aufrechterhaltung der Inertgasatmosphäre und damit während des Bauvorganges geschehen. Dazu ist vorteilhafter Weise die Mündung der Gasdruckleitung im Innenbereich des Filtertopfes angeordnet.
  • Das Gehäuse der Filtereinheit weist vorteilhafter Weise eine Füllstandanzeige zur Anzeige des Füllstandes des Benetzungsmediums auf, um sicherzustellen, dass der Filterkuchen im Innenbereich des Filters auch vollständig geflutet oder benetzt ist.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht eines Filtermoduls und einer daran mittels einer Rohrleitung angekoppelten Gebläseeinheit;
  • 2 eine perspektivische Ansicht von Filtermodul und Gebläseeinheit, wobei das Filtermodul geschnitten dargestellt ist.
  • Die Filtereinrichtung 1 dient zum Anschluss an eine Lasersinter (SLS)- oder Laserschmelz(SLM)anlage, die in den beiden Zeichnungsfiguren nicht dargestellt ist. Die Filtereinrichtung 1 weist eine Gebläseeinheit 2 und eine mit dieser mittels einer Rohrleitung 3 verbundene Filtereinheit 4 auf, wobei ein Eingangsanschluss 5 der Filtereinheit 4 an einen nicht näher dargestellten Gasauslass der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage angeschlossen ist. Das über die Gebläseeinheit und die Filtereinheit geführte Gas kann im Kreislauf mit der Lasersinter- bzw. Laserschmelzanlage geführt werden, wobei aber auch ein reiner Gasabsaugbetrieb im Bereich der Erfindung liegt.
  • Die Filtereinheit 4 ist in einem räumlich und betreffend die Rohrleitung 3 vollständig von der Gebläseeinheit 2 und der nicht dargestellten Laserschmelz- bzw. Lasersinteranlage trennbaren Gehäuse 6 eines Filtermoduls 7 angeordnet, wobei alle vom Gehäuseinnenbereich 8 des Filtermoduls 7 nach außen führenden Gasanschlüsse 9 mit Sperrventilen 10 versehen sind.
  • An dem Filtermodul 7 sind außerdem ein Zulauf 11 und ein Ablauf 12 für ein Benetzungsmedium, insbesondere für Wasser vorgesehen, um den mit abgesaugten Rückständen zumindest teilweise beladenen Filter 13, der sich im unteren Bereich des Filtermoduls 7 befindet, vor dem Öffnen des Filtermoduls 7 zu fluten oder zumindest soweit zu benetzen, dass eine Gefahr einer Explosion oder Verpuffung vermieden wird, wenn das Gehäuse 6 geöffnet wird. Das Benetzungsmedium befeuchtet und vermeidet eine Oxidation des Filterkuchens, sodass ein Gefahrenzustand mit höchster Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen wird.
  • Auch ein Ansauganschluss 14 der Gebläseeinheit 2 und auch ein nicht näher dargestellter Gasauslass der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage ist mit einem gasdichten Sperrventil 10 versehen. Das Gehäuse 6 des Filtermoduls 7 ist mit einem abnehmbaren Oberteil 15 versehen, in welches der Zulauf des Benetzungsmediums mündet. Die Rohrleitung 3 zwischen Gebläseeinheit 2 und Filtereinheit 4 ist zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet, damit die beiden mobilen Einheiten je nach Bedarf räumlich angeordnet werden können. Außerdem erleichtert eine bereichsweise flexible Rohrleitung 3 das Abkoppeln des Filtermoduls von den weiteren Komponenten.
  • Der Filter 13 der Filtereinheit 4 bzw. des Filtermoduls 7 ist in einem Unterteil 16 des Gehäuses 6 des Filtermoduls angeordnet und kann nach dem Abnehmen des Oberteils 15 nach oben aus dem Unterteil 16 herausgehoben werden, um den Filter zu reinigen oder komplett zu entsorgen und den Gehäuseinnenbereich 8 zu reinigen.
  • Der Filter 13 ist nach Art eines im Wesentlichen zylindrischen Filtertopfes ausgebildet, der mit seinem Innenbereich 17 zum Oberteil 15 hin offen ausgebildet ist.
  • In der Gebläseeinheit 2 ist eine Gasdruckeinrichtung angeordnet, die über eine Gasdruckleitung 20 mit dem Gehäuse 6 des Filtermoduls 7 verbunden ist, um nach Öffnung eines Gasstoßventils einen Reinigungsgasstoß auf die Oberfläche des Filters 13 auszuüben. Die Mündung 21 der Gasdruckleitung 20 befindet sich im Innenbereich 17 des Filtertopfes, sodass ein Gasstoß einen auf der Außenhaut des Filters angeordneten Filterkuchen ganz oder teilweise absprengt.
  • Am Gehäuse 6 des Filtermoduls befindet sich ferner eine Füllstandsanzeige zur Anzeige des Füllstandes des Benetzungsmediums.
  • Die Rohrleitung zwischen Gebläseeinheit 2 und Filtermodul 7 ist an dem abnehmbaren Oberteil 15 des Gehäuses 6 des Filtermoduls 7 angeschlossen, der Eingangsanschluss 5, über welchen das Prozessgas dem Filtermodul 7 zugeführt wird, ist am Unterteil 16 des Gehäuses 6 des Filtermoduls angeordnet.
  • Bei dem in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Filtermodul 7 und die Gebläseeinheit 2 nahe beieinander dargestellt. Es ist aber auch möglich, die Einheiten weiter voneinander entfernt aufzustellen und mit längeren Rohrleitungen zu verbinden. Grundsätzlich ist es auch möglich, an eine Gebläseeinheit 2 mehrere Filtermodule 7 anzuschließen, die dann im Wechsel miteinander betrieben werden. Die Filtermodule 7 können Wechselmodule sein, d. h. ein angeschlossenes Filtermodul 7 wird zum Entleeren und Reinigen abgekoppelt und ein anderes an dieselben oder parallele Rohrleitungen angeschlossen. Zusätzlich oder alternativ kann über eine Drucküberwachung der Filterzustand eines Filtermoduls 7 überwacht werden. Geht das Gesamtsystem aufgrund einer Überlastung eines Filtermoduls zu sehr in Unterdruck, kann über eine Weiche auch automatisch oder manuell ein weiteres Filtermodul zugeschaltet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Filtereinrichtung
    2
    Gebläseeinheit
    3
    Rohrleitung
    4
    Filtereinheit
    5
    Eingangsanschluss
    6
    Gehäuse
    7
    Filtermodul
    8
    Gehäuseinnenbereich
    9
    Gasanschluss
    10
    Sperrventil
    11
    Zulauf
    12
    Ablauf
    13
    Filter
    14
    Ansauganschluss
    15
    Oberteil v. 6
    16
    Unterteil u. 6
    17
    Innenbereich
    20
    Gasdruckleitung
    21
    Mündung

Claims (13)

  1. Filtereinrichtung (1) zum Anschluss an eine Lasersinter (SLS)- oder Laserschmelzanlage (SLM) mit – einer Gebläseeinheit (2) und einer mit dieser mittels wenigstens einer Rohrleitung (3) verbundenen Filtereinheit (4), wobei – ein Eingangsanschluss (5) der Filtereinheit (4) an einem Gasauslass der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage angeschlossen ist und – das abgesaugte Gas entweder im Kreislauf mit der Lasersinter- bzw. Laserschmelzanlage geführt oder abgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Filtereinheit (4) in einem räumlich und betreffend die Rohrleitung (3) vollständig von der Gebläseeinheit (2) und der Laserschmelz- bzw. Lasersinteranlage trennbaren Gehäuse (6) eines Filtermoduls (7) angeordnet ist, – alle vom Gehäuseinnenbereich (8) des Filtermoduls (7) nach außen führenden Gasanschlüsse (5, 9) mit Sperrventilen (10) versehen sind, sowie – an dem Filtermodul (7) ein Zulauf (11) und ein Ablauf (12) für ein Benetzungsmedium vorgesehen sind, um den mit abgesaugten Rückständen zumindest teilweise beladenen Filter (13) vor dem Öffnen des Filtermoduls (7) zu fluten oder zumindest zu benetzen.
  2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein Ansauganschluss (14) der Gebläseeinheit (2) als auch ein Gasauslass der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage mit einem gasdichten Sperrventil (10) versehen sind.
  3. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) des Filtermoduls (7) mit einem abnehmbaren Oberteil versehen ist, in welches der Zulauf (11) des Benetzungsmediums mündet.
  4. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (3) zwischen Gebläseeinheit (2) und Filtereinheit zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.
  5. Filtereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (13) der Filtereinheit (4) in einem Unterteil (16) des Gehäuses (6) des Filtermoduls angeordnet ist und nach Abnehmen des Oberteils (15) nach oben aus dem Unterteil (16) herausnehmbar ist.
  6. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (13) nach Art eines im Wesentlichen zylindrischen Filtertopfes ausgebildet ist, der mit seinem Innenbereich (17) zum Oberteil hin offen ausgebildet ist.
  7. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gebläseeinheit (2) eine Gas-Druckeinrichtung angeordnet ist, die über eine Gas-Druckleitung (20) mit dem Gehäuse (6) der Filtereinheit verbunden ist, um nach Öffnung eines Gasstoßventils einen Reinigungs-Gasstoß auf die Oberfläche des Filters auszuüben.
  8. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (21) der Gasdruckleitung (20) im Innenbereich (17) des Filtertopfes angeordnet ist.
  9. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Filtermoduls (7) eine Füllstandsanzeige zur Anzeige eines Füllstandes des Benetzungsmediums aufweist.
  10. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Saugleitung ausgebildete Rohrleitung (3) zwischen Gebläseeinheit (2) und Filtermodul (7) an dem abnehmbaren Oberteil der Gehäuses der Filtereinheit angeschlossen ist.
  11. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessgaseingangsanschluss (5) zur Einleitung des von der Lasersinter oder Laserschmelzanlage kommenden Gasstroms am Unterteil des Gehäuses des Filtermoduls (7) angeordnet ist.
  12. Verfahren zur Reinigung eines mit Prozessrückständen belasteten Gasstromes, insbesondere Inertgasstromes einer Lasersinter- oder Laserschmelzanlage, mit folgenden Merkmalen: a) Vorsehen einer Gebläseeinheit (2) und einer Filtereinheit (4), durch welche das von der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage kommende Prozessgas hindurchgesaugt oder hindurchgeblasen wird, b) Ausbildung der Gebläseeinheit (2) und der Filtereinheit (4) als räumlich und betreffend die Rohrverbindungen vollständig voneinander getrennter Einheiten, wobei die Filtereinheit in einem Filtermodul (7) angeordnet ist, wobei alle vom Gehäuseinnenbereich des Filtermoduls (7) nach außen führenden Gasanschlüsse mit Sperrventilen (10) versehen ist sowie ein Zulauf (11) und ein Ablauf (12) für ein Benutzungsmedium am Gehäuse (6) des Filtermoduls vorgesehen werden; c) Durchführung einer Filterung des Prozessgases vor, während oder nach dem Betrieb der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage; d) vollständiges Abkoppeln des Filtermoduls (7) von der Gebläseeinheit (2) und der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage unter Trennung der Rohrverbindungen und Schließen der Sperrventile (10) derart, dass eine Prozessgas-, insbesondere eine Inertgasatmosphäre im Innenbereich des Filtermoduls (7) aufrechterhalten wird; e) Fluten oder Benetzen des am Filter anhaftenden Filterkuchens durch Einführen eines Benetzungsmediums, insbesondere Fluten des Gehäuseinnenbereiches des Filtermoduls (7) sowie nachfolgendes Ablassen oder Abführen des Benetzungsmediums; f) Entnahme des nassen oder benetzten Filters (13) und Reinigung des Filters (13) nach Öffnung des Gehäuses (6) des Filtermoduls (7); g) Neuanschluss des Filtermoduls (7) an die Lasersinter- oder Laserschmelzanlage und Gebläseeinheit (2) durch erneutes ankoppeln der Rohrverbindungen (Rohrleitung 3).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ähnlich oder identisch ausgebildete Filtermodule (7) im Wechselbetrieb an der Gebläseeinheit (2) und der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage angeschlossen werden.
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