-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung ist allgemein auf pulverbettbasierte laseradditive Herstellungskammerkonfigurationen gerichtet, wie etwa die, die in selektiven Laserschmelzanwendungen verwendet werden. Genauer bezieht sich diese Offenbarung auf pulverbettbasierte laseradditive Herstellungsaufbaukammern, die neue Gasflusssystemdesigns einsetzen, die konfiguriert sind, erzeugte Spritzkontamination und die Teilequalität zu verbessern.
-
HINTERGRUND
-
Unter metalladditiven Herstellungsprozessen ist selektives Laserschmelzen (SLM) aufgrund seines Potentials zum Erzeugen von hochaufgelösten und hochdichten Teilen von einer Vielzahl verschiedener Metalle und metallischer Legierungen von wesentlichem Interesse. In dem SLM-Prozess wird ein Hochenergielaserstrahl verwendet, um metallische Pulvermaterialien zu schmelzen und zu verschmelzen. Oft können hohe örtliche Temperaturen, die mit der SLM-Prozessumgebung assoziiert sind, den Materialverdampfungspunkt überschreiten und Verdampfung verursachen. Dieser Vaporisierungsprozess kann einen „Dampfstrahl“-Effekt verursachen, der zu der Erzeugung von Ausstößen aus dem Schmelzpool führt. Solche Ausstöße können Vaporisierungsgase, Pulverpartikel innerhalb des Dampfstrahls und Flüssigkeitstropfen, die aufgrund von starken Oberflächenspannungseffekten aus dem Schmelzpool ausgestoßen werden, umfassen.
-
Die ausgestoßenen Partikel innerhalb der Ausstöße - d. h. die Dampfstrahlpulverpartikel und die Flüssigkeitstropfen von dem Schmelzpool - werden üblicherweise als „Spritzer“ bezeichnet. Solche Spritzer können auf dem Pulverbett erneut abgeschieden werden und den Aufbaubereich der SLM-Aufbaukammer verunreinigen, und stellen damit ein Risiko dar, sich negativ auf die Aufbauqualität des entstehenden Teils auszuwirken. Dementsprechend sind zum Verringern der aufbauqualitätsbezogenen Risiken, die mit ausgestoßenen Partikeln und Tröpfchen verbunden sind, effektives Design und Umsetzung von Spritzsteuerungs- und Entfernungsprozessen notwendig.
-
KURZFASSUNG
-
In mindestens einer Ausführungsform ist eine pulverbettbasierte additive Herstellungsvorrichtung offenbart. Die Vorrichtung kann eine Aufbauplatte umfassen, die konfiguriert ist, ein Pulverbett zu unterstützen, das aus Pulverpartikeln und einer Laserbaugruppe besteht, die konfiguriert ist, einen Laserstrahl auf das Pulverbett zu lenken, um ein Teil aus den Pulverpartikeln zu erzeugen. Die pulverbettbasierte additive Herstellungsvorrichtung kann ferner einen Gaseinlasskanal umfassen, der konfiguriert ist, einen Gasfluss über das Pulverbett zu erzeugen, um Spritzerpartikel mitzuführen, die aus den Pulverpartikeln durch den Laserstrahl erzeugt werden. Die Vorrichtung kann auch einen Auslasskanal umfassen, der konfiguriert ist, den mitgeführten Spritzerpartikelgasfluss auszulassen, wobei der Auslasskanal eine tiefere Auslassfläche aufweist, die zwischen 0 und 10 mm über der Aufbauplatte positioniert ist, wobei der Gaseinlasskanal und der Auslasskanal konfiguriert sind, mindestens 85 Prozent der Spritzerpartikel mitzuführen und auszulassen.
-
In mindestens einer anderen Ausführungsform ist eine pulverbettbasierte additive Herstellungsvorrichtung offenbart. Die Vorrichtung kann eine Aufbauplatte umfassen, die konfiguriert ist, ein Pulverbett zu unterstützen, das aus Pulverpartikeln und einer Laserbaugruppe besteht, die konfiguriert ist, einen Laserstrahl auf das Pulverbett zu lenken, um ein Teil aus den Pulverpartikeln zu erzeugen, wobei der Laserstrahl Spritzerpartikel aus den Pulverpartikeln erzeugt. Die pulverbettbasierte additive Herstellungsvorrichtung kann ferner einen ersten Gaseinlasskanal, der konfiguriert ist, einen ersten Gasfluss über dem Pulverbett zu erzeugen, um Spritzerpartikel mitzuführen, um einen mitgeführten Spritzerpartikelgasfluss zu erzeugen, und einen zweiten Gaseinlasskanal, der zwischen 5 und 55 mm unter dem ersten Gaseinlasskanal positioniert ist und konfiguriert ist, eine zweiten Gasfluss über das Pulverbett zu erzeugen, umfassen. Die Vorrichtung kann auch einen Auslasskanal umfassen, der konfiguriert ist, den mitgeführten Spritzerpartikelgasfluss auszulassen, wobei der erste Gaseinlasskanal, der zweite Gaseinlasskanal und der Auslasskanal konfiguriert sind, mindestens 85 Prozent der Spritzerpartikel mitzuführen und auszulassen.
-
In noch einer anderen Ausführungsform ist eine selektive Laserschmelzvorrichtung offenbart. Die Vorrichtung kann eine Aufbauplatte, die konfiguriert ist, ein Pulverbett zu tragen, das Pulverpartikel umfasst, und eine Laserbaugruppe, die sich zum Erzeugen eines Teils aus den Pulverpartikeln innerhalb der selektiven Laserschmelzvorrichtung eignet, umfassen, wobei die Laserbaugruppe Spritzerausstöße aus den Pulverpartikeln erzeugt. Die selektive Laserschmelzvorrichtung kann ferner einen primären Gaseinlasskanal aufweisen, der ein Array von Einlassdüsen aufweist, die entlang seiner Länge platziert sind, wobei der primäre Gaseinlasskanal konfiguriert ist, einen Gasfluss über das Pulverbett zu erzeugen, um Spritzerausstöße mitzuführen, um einen mitgeführten Emissionsgasfluss zu erzeugen, und jede Einlassdüse eine Länge von zwischen ca. 20 und 150 mm aufweist. Die Vorrichtung kann außerdem einen Auslasskanal umfassen, der konfiguriert ist, den mitgeführten Emissionsgasfluss auszulassen, wobei der primäre Gaseinlasskanal und der Auslasskanal konfiguriert sind, mehr als 85 Prozent der Spritzerpartikel mitzuführen und auszulassen.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel einer SLM-Aufbaukammer und eines assoziierten Gasflusssystems;
- 2A und 2B zeigen perspektivische Ansichten einer allgemeinen SLM-Aufbaukammerkonfiguration;
- 3 zeigt ein anderes Beispiel einer perspektivischen Ansicht einer allgemeinen SLM-Aufbaukammerkonfiguration;
- 4A bis 4D zeigen Simulation und experimentelle Ergebnisse in Verbindung mit Flussfeldern innerhalb der SLM-Kammer;
- 5A und 5B zeigen perspektivische Ansichten der Gasgeschwindigkeitskonturen innerhalb einer SLM-Kammer;
- 6A und 6B zeigen Karten der simulierten Spritzerneuabscheidung und der Gasgeschwindigkeitskonturen direkt über dem Pulverbett einer SLM-Kammer;
- 7A und 7B sind Kurven, die den Gasfluss und die Spritzerausstoßflugbahn zeigen, die aus dem Coanda-Effekt innerhalb einer SLM-Kammer entsteht;
- 8A und 8B zeigen grafisch die Bedingungen, die den Coanda-Effekt in einer SLM-Kammer erzeugen;
- 9A und 9B zeigen jeweils ein Beispiel einer perspektivischen Ansicht einer allgemeinen SLM-Aufbaukammerkonfiguration und Spritzerausstoßflugbahn in Verbindung damit;
- 10A und 10B zeigen beispielhafte SLM-Kammer- und Gasflusssystemkonfigurationen nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen;
- 11A und 11B zeigen jeweils Beispiele einer Spritzerneuabscheidungskarte und der Gasgeschwindigkeitskonturen der SLM-Kammer- und Gasflusssystemkonfigurationen nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen;
- 12A und 12B zeigen beispielhafte SLM-Kammer- und Gasflusssystemkonfigurationen nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen;
- 13A und 13B zeigen jeweils Beispiele der Gasflussflugbahnen für die SLM-Kammer- und Gasflusssystemkonfigurationen nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen; und
- 14A und 14B zeigen Kurven, die die Entfernungsrate der Verunreinigung durch erzeugte Spritzer und die maximale Gasflussgeschwindigkeit bei 1 mm über einer SLM-Aufbauplatte als eine Funktion der Flussrate nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen zeigen.
- 15A bis 15C zeigen Beispiele von Einlasskanalkonfigurationen, die verschiedene Düsenlängen aufweisen, nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen.
- 16A und 16B zeigen Kurven, die die Entfernungsrate der Verunreinigung durch erzeugte Spritzer und die maximale Gasflussgeschwindigkeit bei 1 mm über einer SLM-Aufbauplatte als eine Funktion der Flussrate nach verschiedenen offenbarten Ausführungsformen zeigen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Ausführungsformen dieser Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Elemente können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Bauteile zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann auf dem Gebiet die verschiedene Anwendung dieser Erfindung zu lehren. Wie gewöhnliche Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, können verschiedene illustrierte und mit Verweis auf eine der Figuren beschriebene Elemente mit Elementen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren illustriert sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich illustriert oder beschrieben sind. Die Kombinationen von illustrierten Elementen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Änderungen der Elemente, die der Lehre dieser Offenbarung entsprechen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
-
Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen bestimmten Zweck in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen geeignet impliziert, dass Mischungen von beliebigen zwei oder mehr Mitgliedern der Gruppe oder Klasse geeignet sind. Beschreibungen von Bestandteilen in chemischen Begriffen beziehen sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer Kombination, die in der Beschreibung genannt ist, und schließen nicht unbedingt chemische Interaktionen unter Bestandteilen der Mischung nach dem Mischen aus.
-
Außer soweit ausdrücklich angegeben, verstehen sich alle numerischen Mengen dieser Beschreibung, die Abmessungen oder Materialeigenschaften angeben, als durch das Wort „etwa“ modifiziert, indem sie den größtmöglichen Umfang dieser Offenbarung beschreiben.
-
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung hierin und gilt entsprechend für normale grammatische Variationen der anfänglich definierten Abkürzung. Wenn nicht ausdrücklich gegenteilig angemerkt, wird eine Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik wie zuvor oder nachfolgend für dieselbe Eigenschaft genannt, bestimmt.
-
Es wird ausführlich auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren von Ausführungsformen verwiesen, die den Erfindern bekannt sind. Es sollte jedoch verstanden werden, dass offenbarte Ausführungsformen nur beispielhaft für diese Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen formen verkörpert sein können. Daher sind bestimmte Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlagen, um einen Fachmann auf dem Gebiet die verschiedene Anwendung dieser Erfindung zu lehren.
-
Der Begriff „Im Wesentlichen“ oder „etwa“ kann hierin verwendet werden, um offenbarte oder beanspruchte Ausführungsformen zu beschreiben. Der Begriff „im Wesentlichen“ oder „etwa“ kann einen Wert oder eine relative Eigenschaft modifizieren, die in dieser Offenbarung offenbart oder beansprucht ist. In solchen Fällen kann „im Wesentlichen“ oder „etwa“ anzeigen, dass der Wert oder die relative Eigenschaft, die er modifiziert, innerhalb von 0 %, 0,1 %, 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % oder 10 % um den Wert oder die relative Eigenschaft liegt.
-
Aufgrund des wesentlichen Potenzials von Technologie zum selektiven Laserschmelzen (SLM) für eine Vielzahl verschiedener Branchen und den Komplikationen, die sich aus ihrer Prozessumgebung ergeben, besteht die Notwendigkeit, Materialvaporisierung und assoziierte Partikelausstöße zu verstehen, modellieren und zu behandeln, um ihre negativen Wirkungen zu verringern. Diese Offenbarung legt Designs und Prozesse fest, um effizient Ausstöße von und um den sich bewegenden Schmelzpool der SLM-Aufbaukammer zu entfernen, wodurch der potenzielle Schaden für die Aufbauqualität verringert wird, der durch Verunreinigung aus erzeugten Spritzern entsteht. Während viele der hierin dargelegten Beispiele SLM-Kammerdesigns und Konfigurationen beschreiben, verstehen gewöhnliche Fachleute auf dem Gebiet, dass solche Designs und Konfigurationen auch effektiv auf verschiedene Arten von pulverbettbasierten additiven Herstellungsvorrichtungen angewendet werden können.
-
Während ein Schirmgasfluss positiv bei der Entfernung von ausgestoßenen Partikeln innerhalb einer SLM-Aufbaukammer helfen können, hängt die Effizienz solcher Techniken von dem Design und der Optimierung des verwendeten Gasflusssystems ab. SLM-Aufbaukammerdesigns in Verbindung mit der angewendeten Gasflusssystemkonfiguration und -Optimierung wurden in der Literatur nicht ausführlich untersucht. Nützliche Untersuchung solcher Interaktionen verlangt Modelle und ein Verständnis einer Anzahl von Variablen und Effekten, einschließlich unter anderem Spritzerparametern wie Spritzerzählung, Durchmesser und Geschwindigkeit. Das Erkennen davon, wie diese Parameter basierend auf verschiedenen Scangeschwindigkeiten und Laserleistungen variieren ist ebenfalls wichtig für das Design, die Entwicklung und Umsetzung effizienter SLM-Kammergasflusssysteme. Das SLM-Gaskammerdesign wird ferner durch eine Anzahl anderer Dynamiken kompliziert, die in einer SLM-Umgebung auftreten. Diese umfassen erhöhte Spritzerkonzentration in der Nähe des Auslasses der SLM-Kammer und nichteinheitlichen Gasfluss, was zu einer anderen Region erhöhter Spritzerkonzentration in der Mitte der Aufbauplatte führt. Eine weitere Komplikation entsteht durch das Phänomen der Abwärtsgasflusstendenz, die als Coanda-Effekt bekannt ist.
-
Nach dieser Offenbarung werden verbesserte Gasflusssysteme, die die Entfernbarkeit von SLM-Prozessausstöße beschreiben, beschrieben. Diese verbesserten Gasflusssysteme sind in der Lage, die Menge der Spritzer ohne Erhöhung des Risikos des Aufblasens von Pulverbettpartikeln zu verringern. Um solche Ergebnisse zu erreichen, wurden die offenbarten Konfigurationen und Verfahren mit Blick auf die zahlreichen Faktoren und Komplikationen entworfen, die für die Umgebung der SLM-Kammer inhärent sind. Computational-Fluid-Dynamics-Modelle (CFD-Modelle) und Finite-Volume-Verfahrenssimulationen (FVM-Simulationen) wurden verwendet, um die beschriebenen SLM-Gasflusssysteme zu entwickeln. Solche Modelle und Simulationen wurden verwendet, um die komplizierten Gasflussverhaltensdynamiken innerhalb der Aufbaukammer besser zu erfassen. Zur genauen Simulation der Spritzererzeugung innerhalb der Kammer wurden auch Discrete-Phase-Modellsimulationen (DPM-Simulationen) verwendet. Schließlich wurden auch die offenbarten Designs und Konfigurationen auf Grundlage des vollständig gekoppelten Fluidpartikelinteraktionsverfahren gekoppelt, das verwendet wurde, um den Einfluss von Gasfluss auf Festpartikel innerhalb der Kammer genau zu erfassen.
-
Ein nicht einschränkendes Beispiel einer SLM-Aufbaukammer und eines assoziierten Gasflusssystems ist in 1. gezeigt. Die SLM-Kammer 100 umfasst Laserbaugruppe 110 über der Bauplattform 112. Das Pulverbett 114, in dem der entstehende Abschnitt durch den SLM-Prozess hergestellt wird, umfasst den Schmelzpool 116. Die SLM-Kammer 100 umfasst auch den Gasflusseinlasskanal 118 dem Gasflussauslass 120 gegenüber. Wie zu verstehen ist, kann der Gasflusseinlasskanal 118 eine oder mehrere Gasflusseinlassdüsen umfassen. Weiterhin kann der Gasflussauslass 120 allgemein als ein Auslasskanal oder einfach ein Auslass bezeichnet werden. Ein Fluss von Schutzgas wie etwa Argon wird verwendet, um die Spritzer von dem Aufbaubereich 122 der SLM-Kammer 100 zu entfernen. Der Fluss des Schutzgases ist allgemein durch die Pfeile in der Nähe des Gasflusseinlasskanals 118 in 1 gezeigt. Wie durch die Pfeile dargestellt ist, wird der Gasfluss allgemein von dem Gasflusseinlasskanal 118 weg und auf den Gasflussauslass 120 hin gelenkt. Dieser Schutzgasfluss stellt eine Zugkraft an den Spritzerpartikeln bereit, die über dem Pulverbett 114 und dem Schmelzpool 116 abgegeben werden. Die allgemeinen Flugbahnen von SLM-Ausstößen, einschließlich der ausgestoßenen Spritzerpartikel, sind in 1 durch Pfeile über Schmelzpool 116 dargestellt. Die Entfernbarkeit solcher SLM-Ausstöße hängt von den Eigenschaften des inerten Gasflusses ab, der durch die Gasflusssysteme der SLM-Kammer 100 ermöglicht wird.
-
Nach verschiedenen Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, können die Gasflusssysteme der SLM-Kammer entworfen sein, wesentlich die Entfernbarkeit der SLM-Emissionen zu verbessern. Der Prozentsatz der Spritzer, die von dem Aufbaubereich entfernt wurde, im Vergleich mit der Gesamtmenge erzeugter Spritzer, wird als Entfernungsrate bezeichnet. Die Entfernungsrate erzeugter Spritzerverunreinigung wird beispielsweise durch Gasflusssystemkonfigurationen verbessert, in denen der Gasflussauslass zum Substrat hin gesenkt wird, die Gasflusseinlasskanallänge erhöht wird, ein einheitlicher Gasfluss unter Verwendung von Mehrkanalpumpen ermöglicht wird, und/oder ein oder mehrere unterstützender Gaseinlassflüsse in das Kammerdesign eingeführt werden.
-
2A und 2B zeigen perspektivische Ansichten einer allgemeinen SLM-Aufbaukammerkonfiguration, wie beispielsweise der SLM-Aufbaukammerkonfiguration aus 1. Wie bei allen Figuren, die diese Spezifikation begleiten, sind die Maßangaben unter 2A und 2B nur beispielhaft. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet verstehen wird, können die Kammerkonfigurationsdesigns, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, in einer Vielzahl verschiedener Skalierungen eingesetzt werden. 2A zeigt speziell ein nichteinschränkendes Beispiel der SLM-Kammer 200, die den Ort der Laserbaugruppe 210 über dem Aufbaubereich 222 umfasst, positioniert zwischen dem Gasflusseinlasskanal 218 und dem Gasflussauslass 220. 2B zeigt die allgemeine Konfiguration von SLM-Kammer 200 aus einer Perspektive direkt über dem Aufbaubereich 222. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben, kann ein Modell der Erzeugung und des Ausstoßes von Spritzer innerhalb einer SLM-Kammer wie etwa SLM-Kammer 200 Spritzererzeugungslinien 224 umfassen, die rechtwinklig zum Gasfluss ausgerichtet sind, von denen Spritzer zufällig von der Fläche der Aufbauplatte ausgestoßen werden.
-
Ähnlich zeigt 3 ein anderes Beispiel einer perspektivischen Ansicht einer allgemeinen SLM-Aufbaukammerkonfiguration, wie beispielsweise der SLM-Aufbaukammerkonfigurationen aus 1, 2A und 2B. Speziell zeigt 3 die Konfiguration von SLM-Kammer 300, umfassend Laserbaugruppe 310 und Gasflusseinlasskanal 318 und Gasflussauslass 320.
-
Genaue Modellierungstechniken sind erforderlich, um Gasfluss und Spritzerbedingungen innerhalb einer SLM-Kammer korrekt zu beurteilen, um neue Kammer- und Gasflusssystemkonfigurationskonfigurationen zu entwerfen und entwickeln, um die Entfernbarkeit von SLM-Ausstößen zu verbessern und damit die Aufbauqualität des hergestellten Teils zu verbessern. In Verbindung mit solchen Modellierungstechniken können Computational-Fluid-Dynamics-Verfahren (CFD-Verfahren) eingesetzt werden, um Gasflussmengen zu berechnen, und das diskrete Phasen-Modell (DPM) kann verwendet werden, um die relevanten Spritzer Erzeugungseigenschaften zu erfassen. Weiterhin kann die gekoppelte Berechnung der diskreten Phase und der ständigen Phase verwendet werden, um die Interaktionen der metallischen Partikel und der fortlaufenden Schutzgasphase zu modellieren.
-
Beispiele - Modellierung der SLM-Umgebung
-
Die SLM-Umgebung kann durch Anwenden von CFD-Verfahren in Verbindung mit Gasflusseigenschaften und dem diskreten Phasenmodell auf die Erzeugung und den Ausstoß von Spritzern angewendet werden. Da es keine zeitabhängigen Elemente gibt, kann der Fluss als in einem stabilen Zustand und nicht komprimierbar angenommen werden. Weiterhin nimmt das Modell an, dass Spritzer von der Aufbauplatte entlang gerader Linien ausgestoßen werden, die die Aufbauplattenbreite von ca. 280 mm überspannen und im rechten Winkel zum Fluss des Schutzgases ausgerichtet sind. Wie in 2B gezeigt ist, betrachtete das Modell Spritzer, die zufällig von der Aufbauplatte entlang von fünf geraden Spritzerausstoßlinien 224 ausgestoßen werden, die die Breite der Aufbauplatte überspannen und im rechten Winkel zum Gasfluss ausgerichtet sind. Die Spritzererzeugungslinien stellen Emissionen von der gesamten Aufbauplatte dar. Die Spritzerpartikel können verschiedene Partikeldurchmesser aufweisen, beispielsweise umfassend Durchmesser zwischen ca. 10 und 100 µm. Die Spritzerpartikel können auch eine Vielzahl Ausstoßgeschwindigkeiten aufweisen, die beispielsweise Geschwindigkeiten umfassen, die von ca. 1,5 bis 35 m/s reichen. Das Modell kann ferner Argon als das Schutzgas verwenden. Nach einem solchen Modell umfasst Argon eine Dichte von 1,6228 kg/m3 und eine dynamische Viskosität von 2,125e-05 kg/m-s. Das Modell nimmer ferner an, dass das pulvermetallische Material 316L-Edelstahl ist, der eine Dichte von 7950 kg/m3 aufweist.
-
Die Simulationsergebnisse basierend auf diesem Modell sind in 4A bis 4D in Verbindung mit experimentellen Beobachtungsergebnissen dargestellt. Die Flussfelder aus 4A bis 4D zeigen eine angemessene Übereinstimmung zwischen der Simulation und den experimentellen Ergebnissen. Die experimentellen Ergebnisse aus 4A und 4C sind Philo, A. M., et al.: „A study into the effects of gas flow inlet design of the Renishaw AM250 laser powder bed fusion machine using computational modelling“, Solid Free. Fabr. (2017), entnommen. Wie in der Arbeit dargelegt, basieren die experimentellen Daten, die in 4A und 4C bereitgestellt sind, auf der Konfiguration und der Umweltdynamiken einer Renishaw-AM250-SLM-Maschine und die Geschwindigkeitskonturen wurden unter Verwendung einer Reihe von Heißdrahtanemometersonden (HWA-Sonden) gemessen. Für das simulierte Modell und den Versuch wurde die Mittelebene jeweils als 40 mm über der Aufbauplatte und die Grundplatte als 3 mm über der Aufbauplatte definiert. Die Mittelebenengeschwindigkeitssimulationsdaten aus 4B folgen eng den experimentellen Mittelebenengeschwindigkeitsdaten aus 4A. Ähnlich folgen die Basisebenengeschwindigkeitssimulationsdaten aus 4D eng den experimentellen Basisebenengeschwindigkeitsdaten aus 4B.
-
Wenn die Geschwindigkeit des Schutzgasflusses innerhalb der SLM-zu hohen ist, können weitere Pulverbettpartikel aufgeblasen werden. Örtliche hohe Gasgeschwindigkeiten sollten streng beschränkt werden, um solche weiteren Prozesskomplexitäten zu vermeiden. In der Simulation wird die örtliche Gasgeschwindigkeit an dem Ort erfasst, der sich 1 mm über dem Pulverbett befindet. Wenn die maximale örtliche Gasgeschwindigkeit über der Grenzgeschwindigkeit liegt, muss die entsprechende Einlassflussrate, die anfänglich auf den Einlass der Aufbaukammer angewendet wird, verringert werden. Die Grenzgeschwindigkeit bei 1 mm über dem Pulverbett kann analytisch berechnet werden. Für den Ort direkt an der Pulverbettfläche ist die Grenzgeschwindigkeit definiert, um den Punkt zu beschriebene, an dem Pulverbettpartikel beginnen, sich zu bewegen, wenn sie einem Gasfluss über dem Pulverbett ausgesetzt sind. Berechnungen zeigen, dass die Grenzgeschwindigkeit an der Pulverbettfläche ca. 0,27 m/s beträgt. Zum Berechnen der Grenzgeschwindigkeit an verschiedenen Orten über dem Pulverbett wird sie dann durch das Log-Gesetz-Windgeschwindigkeitsprofil mit der physischen Profilgeschwindigkeit korreliert. Die Grenzgeschwindigkeit 1 mm über dem Pulverbett beispielsweise kann als ca. 3,383 m/s berechnet werden. Dementsprechend bleiben die Pulverbettpartikel stationär, wenn die Gasgeschwindigkeit 1 mm über dem Pulverbett weniger als 3,383 m/s beträgt.
-
Da die Zugkräfte, die durch den Fluss des Schutzgases auf die Spritzerpartikel aufgebracht werden, eng mit das Gaseigenschaften und Geschwindigkeiten verwandt sind, ist das Gasflussfeld besonders wichtig. Weiterhin ist ein einheitliches Geschwindigkeitsfeld direkt über dem Pulverbett für die Spritzerentfernung bevorzugt. 5A und 5B zeigen Gasgeschwindigkeitskonturen, die mit dem oben beschriebenen anfänglichen SLM-Kammerdesign assoziiert sind. Die Geschwindigkeitskonturdaten aus 5A zeigen, dass der Gasfluss sich vornehmlich in einer kuboiden Region konzentriert, die sich über dem SLM-Kammersubstrat und unter der oberen Kante des Gasflusseinlass/-Auslass befindet. Weiterhin zeigen die Geschwindigkeitskonturdaten aus in 5B, dass die Breite des Gasflusses allgemein zu der Breite des Einlasses/Auslasses passt. 5A zeigt ferner, dass ein Rezirkulationsfluss über der kuboiden Region vorliegt. Auf wenn dieses anfängliche Gasflusssystemdesign ein akzeptables Flussfeld bereitstellen kann, beeinträchtigen bestimmte nicht adressierte Designprobleme die Fähigkeit des Gasflusses, weitere Spritzer von dem Aufbaubereich zu entfernen.
-
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Spritzkontaminationsentfernungsrate durch eine Gasflusssystemkonfiguration verbessert werden, in der der Gasflussauslass zu dem SLM-Kammersubstrat hin abgesenkt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Spritzkontaminationsentfernungsrate durch eine Gasflusssystemkonfiguration verbessert werden, in der die Gasflusseinlasskanallänge erhöht wird. In noch anderen Ausführungsformen kann die Spritzkontaminationsentfernungsrate durch eine Einheitlichkeit des Gasflusses durch Nutzung von mehrkanaligen Pumpen erhöht wird. In noch anderen Ausführungsformen kann die Spritzkontaminationsentfernungsrate durch eine Gasflusssystemkonfiguration verbessert werden, in der ein oder mehrere unterstützende Gaseinlassflüsse in das Kammerdesign eingeführt werden. Diese Gasflusssystemdesignanpassungen können getrennt angewendet oder in derselben SLM-Kammerkonfiguration kombiniert werden, um das Gasflussfeld und die entstehende Spritzerentfernung zu verbessern. Solche Anpassungen können die Risiken von emissionsbezogener Teilequalitätsverschlechterung verringern.
-
Nicht entfernte Spritzer können auf das Aufbaubett fallen und sich erneut abscheiden. Einfach nur die Geschwindigkeit des Gasflusses zu erhöhen erhöht das Risiko des Aufblasens neuer stationärer Pulver. Um solche Risiken zu vermeiden, sollte der Gasfluss 1 mm über dem Pulverbett nicht über dem kritischen Grenzgeschwindigkeitswert liegen. 6A und 6B zeigen jeweils Karten der simulierten Spritzerneuabscheidung und der Gasgeschwindigkeitskonturen direkt über dem Pulverbett. Wie in 6A dargestellt, gibt es zwei Regionen erhöhter Spritzerkonzentrationen innerhalb der ersten Kammer. Die erste Region befindet sich auf dem Substrat in der Nähe des Kammerauslasses. Dies liegt an der Konfiguration der SLM-Kammer. Da der Boden des Gasauslasses höher ist als die Aufbauplatte, blockiert der Auslass mindestens teilweise den ausgehenden Fluss von Spritzern, die zu den erhöhten Konzentrationen nahe dem Auslass führen. Die zweite Region erhöhter Spritzerkonzentration befindet sich innerhalb des Aufbaubereichs selbst nahe der Mitte der Aufbauplatte. Diese Region erhöhter Spritzerkonzentration entsteht aus nicht einheitlichem Gasfluss innerhalb der SLM-Kammer. 6B zeigt die Geschwindigkeitskonturen und den nichteinheitlichen Gasfluss innerhalb der Kammer 1 mm über dem Pulverbett. Wie durch die Geschwindigkeitskonturen innerhalb der Figur demonstriert, gibt es zwei Hochgeschwindigkeitsregionen. Ein Aufblasen von Partikeln innerhalb dieser Regionen ist wahrscheinlich, wenn die typische Flussrate (üblicherweise ca. 250 L/min) ohne Änderung der Konfiguration der SLM-Kammer und Gasflusskomponenten erhöht wird.
-
Neben örtlichen Bereichen erhöhter Spritzerkonzentration und erhöhter Gasgeschwindigkeit zeigen auch typische SLM-Kammer- und Gasflusssysteme eine Abwärtsgasflusstendenz, die als Coanda-Effekt bekannt ist. Die Kombination aus diesen Faktoren kann zu einer beobachteten Entfernungsrate von weniger als 50 % unter Normalbedingungen führen. Eine Entfernungsrate von 50 % oder weniger ist allgemein nicht ausreichend für die Herstellung von hochqualitativen Entwicklungskomponenten. Das Erhöhen der Flussrate kann nur die Entfernungsrate nur zu einem gewissen Ausmaß erhöhen und riskiert natürlich das Aufblasen von Partikeln. Diese Einschränkung ist eine Folge des der Flussabwärtstendenz (d. h. des Coanda-Effekts) wie in 7A dargestellt. Bei höheren Flussraten erhöht sich die Gasflussgeschwindigkeit und die Zugkraft, die auf die Spritzerpartikel aufgebracht wird, proportional. Basierend auf der Kraftbilanz der Spritzer folgen die Spritzer mit höherer Wahrscheinlichkeit der Richtung des Gasflusses, wenn die Flussrate zunimmt. Wie in 7B gezeigt ist, führt beispielsweise eine Flussrate von 1500 L/min zu einer Spritzerflugbahn, die annähernd identisch mit der Abwärtsflusstendenz ist.
-
8A und 8B zeigen grafisch die Bedingungen, die den Coanda-Effekt in der SLM-Kammer erzeugen. Der eingehende Gasfluss von den Einlassdüsen führt Luft nahe der Einlassdüsen mit. Diese Mitführung führt zu einer Druckverringerung nahe der Einlassdüsen. Die Niederdruckregion über den Einlassdüsen werden der gesamten SLM-Kammer ausgesetzt. Dementsprechend kann diese Region schnell gefüllt werden und erreicht etwa Umgebungsdruck. Die Region unter den Einlassdüsen wird durch das Substrat begrenzt und eine Niederdruckregion wird erzeugt. Die Druckdifferenz über den Gasfluss in der vertikalen Richtung führt dazu, dass der Fluss abwärts gerichtet wird.
-
Ein effektives Modell der SLM-Umgebung kann auch einen anderen Spritzerquellort und eine andere Ausstoßflugbahn betrachten. Wie in 9A gezeigt, kann beispielsweise, statt anzunehmen, dass Spritzer von der Aufbauplatte in geraden Linien ausgestoßen wird, die die Aufbauplattenbreite überspannen, das Modell annehmen, dass Spritzer von dem Einlasskanal weg in einem Winkel zwischen ca. 45° und 70° über der Ebene der Baufläche ausgestoßen wird. Nach einem solchen Modell sind simulierte Spritzerflugbahnen innerhalb der Kammer in 9B dargestellt.
-
Die Platzierung des Gasflussauslasses über der Aufbauplatte (d. h. dem Substrat) - wie es in dem bestehenden SLM-Kammerdesign üblich ist - führt ein Hindernis für Spritzer ein, die andernfalls aus dem Aufbaubereich entweichen könnten. Höhere Spritzerkonzentration in der Nähe des Auslasses kann durch Absenken des Bodens des Auslasses auf die Höhe der Aufbauplatte behandelt werden. Nach bestimmten Ausführungsformen kann der Gasflussauslass auf dieselbe Ebene abgesendet werden wie die Substratfläche, sodass keine vertikale Verschiebung zwischen den beiden erfolgt. Ein repräsentatives Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 10A zu sehen, die eine Seitenansicht von SLM-Kammer 400 zeigt, die Gasflusseinlasskanal 418 und Gasflussauslass 420 umfasst. Wie in der Figur gezeigt ist, ist der untere Abschnitt 426 von Gasflussauslass 420 in ca. derselben vertikalen Position positioniert wie die Substratfläche 428. In mindestens einer anderen Ausführungsform kann der Gasflussauslass so abgesenkt werden, dass seine untere Fläche in ca. derselben vertikalen Position platziert sein kann wie das Substrat. In anderen Ausführungsformen kann der Gasflussauslass so abgesenkt werden, dass seine untere Fläche zwischen ca. 0 und 10 mm über der Substratfläche platziert ist. In noch anderen Ausführungsformen kann der Gasflussauslass so abgesenkt werden, dass seine untere Fläche zwischen 10 und 30 mm über der Substratfläche platziert ist.
-
Die Komplikationen, die mit nichteinheitlichen Gasfluss assoziiert sind, der in 6B dargestellt ist, können durch Erweiterung der Düsen, die mit den Gaseinlasskanälen assoziiert sind, und dem bereitstellen eines einheitlichen Flusses über alle Kanäle und assoziierten Strahlen hinweg behandelt werden. Nach bestimmten Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 20 mm und 150 mm lang sein. In anderen Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 50 mm und 120 mm lang sein. In noch anderen Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 80 mm und 110 mm lang sein. Ein im Wesentlichen einheitlicher Fluss kann ferner durch Verwendung von Mehrkanalpumpen erreicht werden. Ein repräsentatives Beispiel einer SLM-Kammer und Gasflusssystemkonfiguration in solchen Ausführungsformen ist in 10B gezeigt. 10B zeigt eine perspektivische Ansicht von SLM-Kammer 500, umfassend Laserbaugruppe 510 und Gasflusseinlasskanal 518, die mehrere erweiterte Gaseinlasskanaldüsen 528 aufweisen.
-
11A zeigt ein nichteinschränkendes Beispiel der Spritzerneuabscheidungskarte eines Kammerdesigns, das eine abgesenkte Auslasshöhe und eine Gasflussauslasses von ca. 250 L/min beinhaltet. Wie dargestellt, wurde die erhöhte Spritzerkonzentration in der Nähe des Auslasses entfernt. 11B, die die Gasgeschwindigkeitskonturen bei 1 mm über dem Pulverbett zeigt, zeigt, dass durch Vereinheitlichen des Einlassgasflusses die örtliche Region erhöhter Spritzerkonzentration in der Mitte des Aufbaubereichs ebenfalls entfernt werden kann. Das Ändern des Einlassdesigns zum Bereitstellen eines einheitlicheren Gasflusses führt zu einem einheitlicheren Flussfeld in der Nähe des Pulverbetts. Eine solche Modifikation kann das Risiko verringern, Pulverbettpartikel aufzublasen. Weiterhin erhöht ein solches Design die Flussratenbeschränkung, sodass die Gasflussauslasses auf zwischen ca. 750 und 1500 L/min erhöht werden kann, ohne die kritische Grenzgeschwindigkeit bei 1 mm über dem Pulverbett zu überschreiten.
-
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Gasflusssystem einer SLM-Kammer so konfiguriert sein, dass mindestens ein ergänzender Gaseinlasskanal unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt ist. Ein repräsentatives Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 12A zu sehen, die eine Seitenansicht von SLM-Kammer 600 zeigt, die Hauptgasflusseinlasskanal 618 und Auslass 620 umfasst. Wie in 12A gezeigt ist, umfasst die SLM-Kammer 600 ferner einen ergänzenden Gasflusseinlasskanal 630 unter dem Hauptgasflusseinlasskanal 618. Eine solche Konfiguration kann als Doppeleinlassdesign bezeichnet werden. Nach anderen Ausführungsformen ist mindestens ein ergänzender Gaseinlasskanal unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt, und mindestens ein ergänzender Gaseinlasskanal ist über dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt. Ein repräsentatives Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 12B zu sehen, die eine Seitenansicht von SLM-Kammer 700 zeigt, die Hauptgasflusseinlasskanal 718 und Auslass 720 umfasst. Wie in der Figur gezeigt ist, umfasst die SLM-Kammer 700 ferner einen ersten ergänzenden Gasflusseinlasskanal 730 unter dem Hauptgasflusseinlasskanal 718 und einen zweiten ergänzenden Gasflusseinlasskanal 732 über dem Hauptgasflusseinlasskanal 718. Eine solche Konfiguration, die einen ergänzenden Gasflusseinlasskanal sowohl über als auch unter dem Hauptgasflusseinlass umfasst, kann als ein Dreieinlassdesign bezeichnet werden.
-
Systemkonfigurationen, die solche primären und ergänzenden Gasflusseinlasse umfassen, die jeweils eine oder mehrere Einlassdüsen umfassen können, können verwendet werden, um den Coanda-Effekt zu verringern, der zu dem vertikalen Druckunterschied führt, der zu dem Abwärtsfluss innerhalb der SLM-Kammer führt. Indem entweder der Druck an der Oberseite des Flusses abgesendet oder der Druck an der Unterseite des Flusses erhöht wird, kann die Abwärtsflusstendenz eliminiert werden. Wenn ein ständiger Gasfluss durch einen oder mehrere ergänzende Einlässe zugeführt wird, der/die sich unter dem/den Hauptgaseinlasskanal(-kanälen) befinden, kann die Niederdruckzone auf Erdungsebenen erhöht werden. Ähnlich erlaubt mindestens ein ergänzender Gasfluss, der jeweils über und unter dem/den Hauptgaseinlasskanal(-kanälen) bereitgestellt wird, ähnliche Anpassungen der örtlichen Druckregionen, was zu einer Negierung des Coanda-Effekts führt.
-
In mindestens einer Ausführungsform ist ein ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 5 und 55 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt. In einer anderen Ausführungsform ist ein ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 15 und 40 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt. In noch einer anderen Ausführungsform ist ein ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 20 und 30 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt.
-
In mindestens einer Ausführungsform ist ein erster ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 5 und 55 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt und ein zweiter ergänzender Gaseinlasskanal ist zwischen ca. 5 und 55 mm über dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt. In andern Ausführungsformen ist ein erster ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 15 und 40 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt und ein zweiter ergänzender Gaseinlasskanal ist zwischen ca. 15 und 40 mm über dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt. In noch anderen Ausführungsformen ist ein erster ergänzender Gaseinlasskanal zwischen ca. 20 und 30 mm unter dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt und ein zweiter ergänzender Gaseinlasskanal ist zwischen ca. 20 und 30 mm über dem Hauptgaseinlasskanal bereitgestellt.
-
Die Flussraten von den ergänzenden Einlässen können weniger als, gleich wie oder höher als die Flussrate des Haupteinlasses sein. Der Flussratenwert für diese mehreren Flussdesigns ist die Flussratensummierung der primären und ergänzenden Gaseinlässe. Das Variieren der Flussrate kann verschiedene Effizienzen bereitstellen. In bestimmten Ausführungsformen liegt die Flussrate von dem tieferen ergänzenden Einlass zwischen 25 % und 200 % der Haupteinlassflussrate. In einigen Ausführungsformen liegt die Flussrate von dem tieferen ergänzenden Einlass zwischen 25 % und 100 % der Haupteinlassflussrate und die Flussrate von dem höheren ergänzenden Einlass liegt zwischen 25 % und 100 % der Haupteinlassflussrate. Simulierte Geschwindigkeitskonturen der Gasflusssystemkonfigurationen, die ergänzende Gaseinlässe einsetzen, sind in 13A und 13B zu sehen. Wie diese Figuren gezeigt haben, kann die Abwärtsflusstendenz durch die Anwendung dieser Designs eliminiert werden.
-
Wie in 14A und 14B gezeigt ist, kann durch Einsetzen einer oder mehrerer der SLM-Kammer und Gasflusssystemkonfigurationen, die hierin offenbart sind, die Entfernungsrate der Kammer wesentlich verbessert werden, was zu dem Potenzial für höhere Teilequalität führt. Nach einigen Konfigurationen liegt die entstehende Entfernungsrate zwischen 60 % und 100 %. Nach anderen Konfigurationen liegt die entstehende Entfernungsrate zwischen 85% und 99,99%. Nach noch anderen Konfigurationen liegt die entstehende Entfernungsrate zwischen 95% und 100 %. 14A zeigt beispielsweise, dass eine Kammer, die durch ein anfängliches Design charakterisiert ist, das nicht die oben beschriebene Konfigurationsanpassungen umfasst, eine Spritzerentfernungsrate von ca. 85 % bei einer Flussrate von ca. 750 L/min erreicht werden kann, aber nicht die Entfernungsrate von ca. 85 % überschritten wird, auch, wenn die Flussrate bis zu 3.000 L/min erhöht wird. Weiterhin erreicht, wie in 14B dargestellt, das anfängliche Design die Grenzgeschwindigkeit 1 mm über der Aufbauplatte bei einer Flussrate von ca. 800 L/min. Die Flussrate kann daher in einer Kammer des anfänglichen Designs nicht ca. 800 L/min überschreiten, ohne zu riskieren, Partikel von dem Pulverbett aufzublasen. So liegt, wie in 14A gezeigt, die maximale Entfernungsrate einer Kammer des anfänglichen Designs bei der maximalen subkritischen Geschwindigkeitsflussrate bei ca. 84,4 %. Wie ferner in 14A und 14B gezeigt ist, können Kammerdesigns, die die effizienten Konfigurationen nutzen, die hierin beschrieben sind, bei hohen Flussraten wesentlich höherer Entfernungsraten umfassen (als das anfängliche Design), ohne die Grenzgeschwindigkeit 1 mm über der Aufbauplatte zu überschreiten. Dementsprechend können solche Designs höhere Flussraten und Entfernungsraten erreichen, ohne zu riskieren, Partikel von dem Pulverbett aufzublasen. 14A und 14B zeigen, dass jedes der hierin beschriebenen Designs Entfernungsraten von mehr als 85 % erreichen können, ohne die Grenzgeschwindigkeit 1 mm über der Aufbauplatte zu überschreiten. Speziell zeigen 14A und 14B, dass das verringerte Auslassdesign bei seiner maximalen subkritischen Geschwindigkeitsflussrate von ca. 1.750 L/min eine Entfernungsrate von ca. 93,3 % erreicht. Das Doppeleinlassdesign erreicht bei seiner maximalen subkritischen Geschwindigkeitsflussrate von ca. 3.000 L/min eine Entfernungsrate von ca. 99,5%. Schließlich zeigen 14A und 14B, dass das Dreieinlassdesign bei einer Flussrate von ca. 3.000 L/min eine Entfernungsrate von ca. 99,9 % erreicht, was immer noch unter seiner maximalen subkritischen Geschwindigkeitsflussrate liegt.
-
Wie oben beschrieben, können Komplikationen, die mit nichteinheitlichem Gasfluss assoziiert sind, durch Erweitern der Länge der Düsen, die mit den Gaseinlasskanälen assoziiert sind, behandelt werden. Nach bestimmten Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 20 mm und 150 mm lang sein. In anderen Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 50 mm und 120 mm lang sein. In noch anderen Ausführungsformen können die Gaseinlasskanaldüsen zwischen ca. 80 mm und 110 mm lang sein. 15A bis 15C zeigen Beispiele von Einlasskanalkonfigurationen, die verschiedene Düsenlängen aufweisen, nach Ausführungsformen dieser Offenbarung. 15A zeigt ein Beispiel einer einzelnen Einlasskanalkonfiguration 818, die eine Reihe von Einlassdüsen 820 aufweist, die eine ungefähre Länge von 20 mm aufweist. 15B zeigt ein Beispiel einer Doppeleinlasskanalkonfiguration 918, die eine Reihe von ersten Einlassdüsen 920 und eine Reihe von zweiten Einlassdüsen 922 aufweist. Wie in 15B dargestellt, sind bei die ersten Einlassdüsen 920 und die zweiten Einlassdüsen 922 beide ca. 20 mm lang. Nach Aspekten dieser Offenbarung kann das Erweitern der Länge der Gaseinlasskanaldüsen vorteilhaft auf Aufbaukammerkonfigurationen angewendet werden, die entweder einzelne oder mehrfachen Einlassgaskanäle nutzen. Beispielsweise kann in Konfigurationen, die einen ergänzenden Gaseinlasskanal aufweisen, der unter dem Hauptgaseinlasskanal positioniert ist, die Verlängerung der Düsen der beiden Gaseinlasskanäle die Einheitlichkeit des Gasflusses erhöhe, was zu besseren Kammerentleerungsraten führt. 15C zeigt beispielsweise eine Doppeleinlasskanalkonfiguration 938, in der die Länge der ersten Einlassdüsen 940 und der zweiten Einlassdüsen 942 auf ca. 100 mm erweitert wurde. Noch ferner kann in Konfigurationen, die einen ergänzenden Gaseinlasskanal über und unter dem Hauptgaseinlasskanal aufweisen, das Verlängern der Düsen aller Gaseinlasskanäle auch die Einheitlichkeit des Gasflusses erhöhen, was zu besseren Kammerentleerungsraten führt.
-
Wie in 16A gezeigt ist, kann das Hinzufügen eines ergänzenden Gaseinlasskanals und/oder das Erhöhen der Düsenlänge des/der Gaseinlasskanals(-kanäle) die Entfernungsrate der assoziierten Kammer erhöhen. 16A zeigt, dass die maximale Entfernungsrate bei bestimmten Flussraten von ca. 69 % auf mehr als 95 % erhöht werden kann, abhängig von der spezifischen Einlassdesignkonfiguration. 16B zeigt die maximale Geschwindigkeit 1 mm über der Aufbauplatte für dieselben Einlassdesignkonfigurationen. Wie dargestellt, senken sowohl eine Doppeleinlassreihenkonfiguration (wie die in 15B dargestellte) und eine erhöhte Düsenlängendoppeleinlassreihenkonfiguration (wie die in 15C dargestellte) vorteilhaft die maximale Geschwindigkeit 1 mm über der Aufbauplatte bei allen Flussraten im Vergleich zu einer Einzeleinlassreihenkonfiguration (wie etwa der in 15A dargestellten).
-
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die Wörter, die in der Spezifikation verwendet werden, beschreibende statt einschränkende Wörter, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Weiterhin können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert sein, weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
