-
Die Erfindung betrifft eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Prozessgas aus einer Prozesskammer einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls.
-
Mobile Absaugmodule sind beispielsweise für das parallele Beschichten und Belichten in Vorrichtungen zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls notwendig. Sie können mithilfe von flexiblen Schläuchen mit einem stationären Teil eines Gaskreislaufsystems verbunden werden. Entsprechend der Verfahrwege des Absaugmoduls generiert die Länge und Welligkeit der Schlauchleitungen Druckverluste, welche die Leistung des Kreislaufsystems verringert.
-
Aus der
DE 10 2017 210 718 A1 ist eine Absaugleiste einer Schutzgasströmung bekannt, bei der eine Auslassöffnung parallel einem Pulverbett bewegt werden kann.
-
Die
DE 10 2014 214 943 A1 zeigt ein Absaugrohr, das in einer Stillstandsposition außerhalb einer Bauteilplattform mit einer Absaugvorrichtung in Wirkverbindung steht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Absaugvorrichtung für eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls bereitzustellen, durch welche die Leistung eines Gaskreislaufsystems verbessert werden kann.
-
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Prozessgas aus einer Prozesskammer einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls, mit
- • einem translatorisch bewegbaren Absaugmodul;
- • einem ortsfest angeordneten, einen Längsschlitz aufweisenden Gasförderkanal;
- • einem mit dem Absaugmodul verbundenen, in dem Längsschlitz des Gasförderkanals bewegbaren Verbindungsmodul, welches das Absaugmodul fluidisch mit dem Gasförderkanal verbindet.
-
Erfindungsgemäß ist es daher möglich, anstelle von flexiblen Schläuchen, welche in Energieketten geführt sind, einen stationären Gasförderkanal zu verwenden, in welchem ein translatorisch verfahrbares Verbindungsmodul angeordnet ist, welches mit dem Absaugmodul verbunden ist. Nachteile, die mit flexiblen Schläuchen verbunden sind, können dadurch vermieden werden. Damit verbunden sind geringere Druckverluste im Abzugstrakt. Dies führt zu einer erheblichen Leistungssteigerung des gesamten Gaskreislaufs. Raumintensive Energieketten zur Führung von Schläuchen können vermieden werden. Besonders bei Drall gestützten Absaugmethoden wirken sich flexible Schläuche mit welliger Struktur hinsichtlich Druckverlusten sehr nachteilig aus.
-
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Gasförderkanal im Bereich seines Längsschlitzes Dichtlippen aufweist, zwischen denen das Verbindungsmodul angeordnet ist. Dadurch kann der Gasförderkanal über insbesondere längliche Dichtlippen, die sich im Unterdruck zusammenpressen, gegenüber der Umgebung abgedichtet werden. Druckverluste können dadurch vermieden werden. Das Verbindungsmodul übernimmt die Aufgabe, eine geschlossene Absaugleitung zwischen einem Absaug-/Beschichtungsmodul während der Beschichtung/Belichtung zu ermöglichen.
-
Die Dichtlippen können vom Gasförderkanal weg in Richtung Abgasmodul gerichtet sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Dichtlippen durch einen Unterdruck gegen das Verbindungsmodul gedrückt werden und somit eine zusätzliche Abdichtung erfolgt.
-
Die Dichtlippen können aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere Silikon, ausgebildet sein. Dadurch kann vermieden werden, dass die Dichtlippen aufgrund einer Hitzeexposition vorzeitig altern.
-
Das Verbindungsmodul kann sich in einer Richtung parallel zur Richtung des Längsschlitzes des Gasförderkanals zu seinen Enden hin verbringen. Dadurch wird zum einen eine gute Abdichtung des Verbindungsmoduls zum Gasförderkanal sichergestellt. Zum anderen kann das Verbindungsmodul während einer translatorischen Bewegung die Dichtlippen einfach aufweiten.
-
Der Gasförderkanal kann eine glatte Innenwand aufweisen. Durch eine glatte Innenwand können Verwirbelungen vermieden werden und ist eine zuverlässige Gasabführung sichergestellt.
-
Der Gasförderkanal kann parallel zu einer Aufbauplattform der Prozesskammer ausgerichtet sein.
-
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Verbindungsmodul einen Axialabscheider aufweist. Der Axialabscheider kann Partikel aus dem durch das Absaugmodul eingesaugten Prozessgas separieren. In dem Axialabscheider kann ein Fallschacht zum Separieren der Partikel vom Prozessgasstrom vorgesehen sein. Der Axialabscheider kann einen konischen Separator aufweisen. Aufgrund des im Absaugmodul erzeugten Dralls wirkt auf die Partikel eine Zentrifugalkraft, sodass die nach außen driftenden Partikel vom Prozessgasstrom durch den konischen Separator abgeschieden werden können.
-
An das Verbindungsmodul können mindestens zwei Absaugmodule angeschlossen sein. Es ist denkbar, mehrere Verbindungsmodule vorzusehen, wobei an jedes Verbindungsmodul ein oder zwei oder mehr Absaugmodule angeschlossen sein können.
-
Das Verbindungsmodul kann eine exzentrische Gasstromerfassung aufweisen. Dadurch kann die Drallintensität beim Überführen des Prozessgasstroms in den Gasförderkanal reduziert werden. Insbesondere kann eine exzentrische Gasstromerfassung bei einem Drallrohr für Entdrallung sorgen.
-
Das Verbindungsmodul kann eine Gasstromzusammenführung aufweisen, durch welche aus den Absaugmodulen austretende Prozessgasströme gemeinsam dem Gasförderkanal zuführbar sind. In der Gasstromzusammenführung können die jeweils mit einem Drall versehenen Prozessgasströme zusammengeführt werden, wobei in einer gemeinsamen Auslassöffnung eine Art Entdrallung stattfinden, sodass darauf folgend ein unidirektionaler Prozessgasstrom das Verbindungsmodul in den Gasförderkanal verlässt. Dadurch kann nachfolgend in der Absaugleitung ein verringerter Druckverlust erzielt werden.
-
Es kann eine Führung für das Verbindungsmodul vorgesehen sein. Dabei kommt beispielsweise eine Rollenführung oder eine Führung auf Schienen infrage.
-
Es kann ein Antrieb zur Bewegung des Verbindungsmoduls relativ zum Gasförderkanal vorgesehen sein. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Linearantrieb handeln. Es ist denkbar, dass das Verbindungsmodul durch das Absaugmodul bewegbar ist. Vorzugsweise ist jedoch ein Antrieb vorgesehen, um das Verbindungsmodul separat anzutreiben. Das Verbindungsmodul kann parallel zum Absaugmodul angetrieben sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zumindest ein Aktor vorgesehen sein, durch den eine Dichtlippe lokal angehoben oder abgesenkt werden kann, sodass eine Öffnung zum Innenraum des Gasförderkanals entsteht. Es können auch Aktoren auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein, sodass eine obere und untere Dichtlippe durch die Aktoren auseinandergezogen werden, sodass eine Öffnung entsteht. Somit kann die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung während eines Inertisierungsprozesses verwendet werden, um Sauerstoffnester, insbesondere lokale Sauerstoffnester, zu entfernen.
-
Das Verbindungsmodul kann lösbar mit dem Absaugmodul verbunden sein. So können auch ohne Aktoren bzw. lokales Anheben der Dichtlippen oder zusätzlich Sauerstoffnester über das Verbindungsmodul abgesaugt werden. Insbesondere können Totbereiche der Prozesskammer abgesaugt werden, z.B. zur Inertisierung.
-
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls mit
- • zumindest einer Strahlführungsquelle zur Erzeugung eines Strahls;
- • zumindest einem Strahlführungselement zum Führen und Lenken des Strahls auf das zu verfestigende Aufbaumaterial
- • zumindest einer Gaszuführeinrichtung
- • einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung.
-
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß kombiniert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials,
- 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten, die erfindungswesentliche Einzelheiten der Absaugvorrichtung zeigt;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Absaugvorrichtung;
- 4 eine Detaildarstellung des Gasförderkanals mit exzentrische Absaugerfassung;
- 5 eine schematische Draufsicht auf die Absaugvorrichtung;
- 6 eine perspektivische Darstellung der Absaugvorrichtung zur Verdeutlichung des Anhebens von Dichtlippen.
-
In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 11 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 12 durch selektives verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials dargestellt. Diese Vorrichtungen 11 werden auch als 3-D-Drucksysteme, selektive Lasersintermaschinen, selektive Laserschmelzmaschinen oder dergleichen bezeichnet. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Gehäuse 14, in dem eine Prozesskammer 16 vorgesehen ist. Die Prozesskammer 16 ist nach außen hin geschlossen. Diese kann über eine nicht näher dargestellte Tür oder einen Sicherheitsverschluss zugänglich sein.
-
In der Prozesskammer 16 ist eine Aufbauplattform 17 vorgesehen, auf der zumindest ein dreidimensionales Objekt 12 schichtweise erzeugt wird. Die Größe der Aufbauplattform 17 bestimmt ein Aufbaufeld für die Herstellung der dreidimensionalen Objekte 12. Die Aufbauplattform 12 ist in der Höhe bzw. in Z-Richtung verfahrbar. Benachbart zur Aufbauplattform 17 sind Überlaufbehälter 19 oder Auffangbehälter vorgesehen, in welchen nicht benötigtes oder nicht befestigtes Aufbaumaterial gesammelt wird. Oberhalb der Aufbauplattform 17 ist in der Prozesskammer 16 eine Prozessunterstützungseinrichtung 21 angeordnet. Diese Prozessunterstützungseinrichtung 21 ist zumindest teilweise in X-Richtung verfahrbar.
-
Der Prozesskammer 16 zugeordnet oder an der Prozesskammer 16 befestigt ist eine Strahlungsquelle 26, durch welche ein Strahl 27, insbesondere ein Laserstrahl, erzeugt wird. Dieser Laserstrahl wird entlang einer Strahlführung 28 geführt und über ein ansteuerbares Strahlführungselement 29 auf die Aufbauplattform 17 umgelenkt und gerichtet. Dabei tritt der Strahl 27 über eine Strahleintrittsöffnung 30 in die Prozesskammer 16 ein. Das auf der Aufbauplattform 17 aufgebrachte Aufbaumaterial kann im Auftreffpunkt 31 des Strahls 27 verfestigt werden.
-
Die Prozessunterstützungseinrichtung 21 umfasst ein Mittenmodul 33 sowie jeweils ein dem Mittenmodul 33 zugeordnetes Außenmodul 34, 35. Die Außenmodule 34, 35 können ortsfest zu einem Prozesskammerboden 18 vorgesehen sein. Das Mittenmodul 33 ist zwischen einer linken und rechten Endlage 36, 37 verfahrbar angesteuert. In der Ansicht gemäß 1 ist das Mittenmodul 33 in der linken Endlage 36 positioniert. Die Außenmodule 34, 35 umfassen eine Auslassdüse 38, die in einem Zuführkanal 39 befestigt ist. Die Auslassdüsen 38 weisen bevorzugt vertikal ausgerichtete Leitflächen auf. Zudem sind die Auslassdüsen 38 in Austrittsrichtung verjüngt ausgebildet. Dadurch kann ein in die Prozesskammer 16 zugeführter Primärgasstrom homogenisiert und stabilisiert werden.
-
Das Mittenmodul 33 umfasst zwei Absaugmodule 41, die jeweils eine entgegensetzt zueinander ausgerichtete Einsaugöffnung 42 aufweisen. Zwischen den Absaugmodulen 41 ist ein Vorratsbehälter 44 zur Aufnahme von Aufbaumaterial vorgesehen. Dieser Vorratsbehälter 44 weist zum Prozesskammerboden 18 gerichtet zumindest eine Öffnung oder einen Ausgabeschlitz auf, sodass beim Überfahren der Aufbauplattform 17 durch das Mittenmodul 33 eine Schicht an Aufbaumaterial ausgegeben werden kann. Zwischen zwei Vorratsbehältern 44, die benachbart zu den Absaugmodulen 41 angeordnet sind, ist bevorzugt eine Beschichtungseinrichtung 46 vorgesehen. Bevorzugt wird der in Verfahrrichtung des Mittenmoduls 33 vorauseilende Vorratsbehälter 44 mit Aufbaumaterial befüllt. Die Beschichtungseinrichtung 46 ist nachlaufend. Insbesondere umfasst die Beschichtungseinrichtung 46 zumindest eine Beschichterlippe.
-
Eine Dosiervorrichtung 48 kann entlang einer Y-Achse verfahrbar angeordnet sein, sodass über die Breite des Mittenmoduls 33 eine gleichmäßige Befüllung des Vorratsbehälters 44 erfolgen kann.
-
Der Überlaufbehälter 19 ist ebenfalls der rechten und linken Endlage 36, 37 zugeordnet, sodass abgestreiftes Aufbaumaterial durch die Beschichtungseinrichtung 46 des Mittenmoduls 33 bei Einnahme der Endlage 36, 37 in den Überlaufbehälter 19 abgeführt werden kann.
-
Jedes Außenmodul 33 ist mit einer Versorgungsleitung 52 verbunden. Diese Versorgungsleitung 52 wird mit einem Primärgas durch eine nicht näher dargestellte Pumpe bzw. Primärgasquelle beaufschlagt, sodass durch die Außenmodule 34 eine Primärgasströmung in die Prozesskammer 16 ausgegeben werden kann.
-
Oberhalb der Prozesskammer 16 ist eine Gaszuführeinrichtung 55 für eine Sekundärgasströmung in die Prozesskammer 16 vorgesehen. Diese Gaszuführeinrichtung 55 umfasst zwei einander gegenüberliegende Zuführkanäle 56, die an die Strahleintrittsöffnung 30 angrenzend positioniert sind. Zumindest eine Zuführöffnung 57, welche der Strahleintrittsöffnung 30 zugeordnet ist oder die sie umgibt, strömt das Sekundärgas in die Prozesskammer 16 ein und wird von oben auf die Aufbauplattform 17 zugeführt.
-
Die Prozesskammer 16 weist seitliche Wandabschnitte 60 auf, welche die Länge der Prozesskammer 16 begrenzen. Diese Wandabschnitte 60 umfassen Strömungsflächen 62, die sich in Richtung auf die Aufbauplattform 17 erstrecken und eine Querschnittsfläche der Prozesskammer 16 verengen. Dabei ist ein Abstand 61 vorgesehen, welcher der Länge der Aufbauplattform 17, die sich in Längsrichtung erstreckt, entspricht oder vorzugsweise kleiner ist. Ausgehend von dem geringsten Abstand 61 weitet sich die Strömungsfläche 62 auf. Die Wandabschnitte 60 gehen in eine horizontale Begrenzungsfläche 63 über. Diese Begrenzungsfläche 63 verläuft parallel zum Prozesskammerboden 18 und ist in einem Abstand zum Prozesskammerboden 18 vorgesehen, sodass zwischen der Begrenzungsfläche 63 und dem Prozesskammerboden 18 die Prozessunterstützungseinrichtung 21 positioniert ist.
-
Jeder Zuführkanal 56 der Zuführeinrichtung 55 wird über eine Versorgungsleitung 52 mit Sekundärgas über eine nicht näher dargestellte Sekundärgasquelle versorgt.
-
Die 2 zeigt die Anordnung gemäß 1 in einer schematischen Darstellung in einer Blickrichtung in X-Richtung. Das Absaugmodul 41 mit seiner Einsaugöffnung 42 ist mit einem Verbindungsmodul 70 verbunden, welches in einem Längsschlitz 72 eines Gasförderkanals 74 translatorisch bewegbar ist. Insbesondere ist das Verbindungsmodul 70 gemeinsam mit dem Absaugmodul 41 bewegbar. Das Absaugmodul 41 ist an Linearführungen 82, 84 geführt.
-
Prozessgas, das beim Einsaugen durch die Einsaugöffnung 42 in eine drallartige Strömung versetzt wird, was durch die Pfeile 76 angedeutet ist, wird durch das Verbindungsmodul 70 hindurch in den Gasförderkanal 74, der stationär, d.h. ortsfest angeordnet ist, abgesaugt. Durch den Gasförderkanal 74 wird das abgesaugte Gas abtransportiert. Der Gasförderkanal 74 weist eine glatte Innenfläche auf, um die Strömung der abgesaugten Gase möglichst wenig zu behindern.
-
Das Verbindungsmodul 70 ist gegenüber dem Gasförderkanal 74 durch Dichtlippen 78, 80 abgedichtet. Die Dichtlippen 78, 80 sind aus einem hitzebeständigen Material ausgebildet. Insbesondere können die Dichtlippen 78, 80 aus Silikon ausgebildet sein.
-
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Gasförderkanals 74, in dessen Schlitz 72 das Verbindungsmodul 70 erfahrbar angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmodul 70 an einer Rollenführung 86 geführt. Grundsätzlich kann das Verbindungsmodul 70 auf dem Gasförderkanal 74 oder an Schienen geführt sein.
-
In der 3 ist zu erkennen, dass sich das Verbindungsmodul 70 zu seinen beiden Enden 88,90 hin verjüngt. Insbesondere ist es an den Enden 88, 90 spitz oder keilförmig ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass das Verbindungsmodul 70 bei einer Bewegung in Längsrichtung des Gasförderkanals 74 die Dichtlippen 78, 80 aufweitet. Die im Schnitt nahezu linsenförmige Gestalt des Verbindungsmoduls 70 ermöglicht es weiterhin, dass die Dichtlippen 78, 80 eng an dem Verbindungsmodul 70 anliegen.
-
Die Dichtlippen 78, 80 sind vom Gasförderkanal 74 weg in Richtung Absaugmodul 41 gerichtet. Dadurch kann eine besonders gute Abdichtung erfolgen.
-
Der Darstellung der 4 kann man entnehmen, dass das Verbindungsmodul 70 einen Axialabscheider 92 aufweist. Der Axialabscheider 92 umfasst einen vorzugsweise konischen Separator 94. Durch den Axialabscheider 92 werden aufgrund des Dralls des angesaugten Prozessgases Partikel durch den Separator 94 in einen Fallschacht 96 ausgeschieden. An den Separator 94 schließt sich eine exzentrische Absaugerfassung 98 an.
-
Aus der Darstellung der 5 ergibt sich, dass zwei Absaugmodule 41 an das Verbindungsmodul 70 angeschlossen sein können. Die Gasströme werden in einer Stromzusammenführung 100 zusammengeführt, wo sich der Drall der beiden Gasströme gegenseitig aufhebt, sodass der Gasstrom im Wesentlichen drallfrei in den Gasförderkanal 74 gelangt.
-
In der 6 ist zu erkennen, dass Aktoren 102, 104, insbesondere mehrere Aktoren 102, 104 in regelmäßigen Abständen entlang der Dichtlippen 78, 80 vorgesehen sein können. Durch die Aktoren 102, 104 können die Dichtlippen 78, 80 angehoben bzw. durch gegenüberliegende Aktoren 102, 104 auseinandergezogen werden, sodass eine Öffnung 106 entsteht. Dadurch lässt sich der Gasförderkanal 74 während eines Inertisierungsprozesses verwenden, um entlang der Prozesskammer über eine Art Schlitzabsaugung stationär verweilendes Gas, insbesondere Sauerstoffnester, einzusaugen. Somit ist es möglich, den Gasfluss bei der Inertisierung sehr kontrolliert zu steuern und eine zuverlässige Durchflutung der gesamten Prozesskammer 16 zu ermöglichen. Durch eine deutlich bessere Erfassung von Sauerstoffnestern wird die Inertisierungszeit sowie der Verbrauch an Inertgas erheblich reduziert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017210718 A1 [0003]
- DE 102014214943 A1 [0004]
