EP4164829A1 - Absaugkanal bei der generativen fertigung - Google Patents

Absaugkanal bei der generativen fertigung

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Publication number
EP4164829A1
EP4164829A1 EP21731416.0A EP21731416A EP4164829A1 EP 4164829 A1 EP4164829 A1 EP 4164829A1 EP 21731416 A EP21731416 A EP 21731416A EP 4164829 A1 EP4164829 A1 EP 4164829A1
Authority
EP
European Patent Office
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opening
suction
duct
channel
height
Prior art date
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Pending
Application number
EP21731416.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian SCHAEDE
Sebastian MATATKO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4164829A1 publication Critical patent/EP4164829A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B22F10/322—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber of the gas flow, e.g. rate or direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
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    • B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
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    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/081—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates for guiding air around a curve
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a suction channel for suctioning a gas from a volume adjoining the suction channel.
  • the invention also relates to a manufacturing device for the additive manufacturing of a three-dimensional component from a powder with a suction channel of this type.
  • Suction ducts are usually used to suck a gas from a volume adjoining the suction duct with the aid of a suction fan connected to a suction duct via a connection opening.
  • gas is sucked in from the adjacent volume through a suction opening of the suction channel with the formation of a suction gas flow into the suction channel and then conveyed through the connection opening to the suction fan.
  • solid particles located in the extracted gas can also be intentionally or unintentionally removed from the said volume.
  • a suction channel can form a protective gas system.
  • the protective gas system forms a protective gas flow that z. B. sweeps over a work surface and flows from the Einströmka channel to the suction channel.
  • Protective gas systems with particularly high demands on the homogeneity of the protective gas flow that develop are provided in devices for additive manufacturing in which a three-dimensional component is manufactured from a powder by means of irradiation with a laser beam.
  • a three-dimensional component is manufactured from a powder by means of irradiation with a laser beam.
  • a device for additive manufacturing and in particular a suction channel used therein are described, for example, in EP 3015197 B1.
  • One aspect of this disclosure is based on the object of providing a suction channel which is characterized by improved suitability for practical use, in particular in relation to it on the manufacturing costs and the formation of a suction gas flow as homogeneous as possible over a work surface, in particular over a large work surface.
  • a suction duct for suctioning a gas from a volume adjoining the suction duct in particular a manufacturing space of a manufacturing device, has a duct housing which delimits an interior space, a suction opening arranged in the duct housing in the form of an elongated gap, and a related on the elongated gap of the suction opening laterally arranged in the duct housing connection opening.
  • the suction opening which is designed in the form of an elongated gap, has an opening width and an opening height. The opening height increases within at least a section of the opening width with increasing distance from the connection opening (which is assigned to the section) along the opening width.
  • connection opening is to be understood in such a way that the connection opening is not arranged centrally and / or symmetrically with respect to the opening width of the suction opening. If the suction opening has two lateral edges delimiting the opening width, the connection opening accordingly has different distances from one another to these two lateral edges of the suction opening.
  • the suction channel can have exactly one connection opening arranged laterally in the channel housing in relation to the elongated gap of the suction opening and the opening height can increase with increasing distance from the connection opening along the entire opening width.
  • the suction channel can have two connection openings that are arranged laterally in the channel housing with reference to the elongated gap of the suction opening, in particular opposite or in opposite areas, and the opening height can be within two sections of the opening width with increasing distance from the respective section increase the closer connection opening along the opening width.
  • the opening height within the respective section of the opening width can increase continuously along the opening width, in particular linearly or polygonally.
  • the opening height within the respective section of the opening width can increase continuously along the opening width, in particular linearly or polygonally.
  • the opening height can be in the range from 1 mm to 150 mm, in particular 5 mm to 50 mm, and / or the opening width can be in the range from 50 mm to 3000 mm, in particular 100 mm to 1000 mm, and / or the ratio of the increase in the opening height along the opening width and the opening width can be in the range from 0.005 to 0.5, in particular 0.01 to 0.1.
  • the interior of the duct housing can widen.
  • the interior of the duct housing can provide a space in which a separation vortex of a gas flow can be formed during the intended suction of the gas.
  • the interior of the duct housing can expand starting from the suction opening, in that a height of the interior of the duct housing increases starting from the opening height of the suction opening.
  • the height of the interior can reach a value that is at least 30% greater than the smallest opening height of the suction opening, and in particular is at least as large as the largest opening height of the Suction opening or in particular three times to four times as large as the smallest opening height of the suction opening from.
  • the duct housing can in particular form a suction shaft with a constant maximum height of the interior.
  • the duct housing can comprise a duct front panel and the opening height of the suction opening can be limited on at least one longitudinal side by the duct front panel.
  • the duct front panel can have a side facing the interior of the duct housing and a side facing away from the interior of the duct housing.
  • a cross-sectional contour of the duct front panel can be designed to be curved on the side facing the interior space and / or on the side facing away from the interior space.
  • the cross-sectional contour of the duct front diaphragm can be designed mirror-symmetrically, in particular as a parabola with two mirror-symmetrical parabolas, or asymmetrically, in particular as a parabola with two mutually asymmetrical parabolic branches.
  • the duct front panel can be designed in one piece with the rest of the duct housing or as a panel body that is separate from the rest of the duct housing.
  • the cross-sectional contour of the duct front panel and / or the opening height of the suction opening can be adjustable.
  • the interior of the channel housing can be free of guide fins flowing around on both sides.
  • a manufacturing device for additive manufacturing of a three-dimensional component from a powder has a manufacturing space that provides a work surface and is delimited by side walls and a ceiling wall, a beam source for generating a beam for the irradiation of powder in the work surface for the layered manufacture of the component and a protective gas system for providing a protective gas flow.
  • the protective gas system comprises an inflow duct, a suction duct as described above and a low-pressure pump. The protective gas stream flows from the inflow channel into the production area and is sucked out of the production area through the suction channel by means of the low-pressure pump fluidically connected to the suction channel via the connection opening or the two connection openings.
  • the low-pressure pump can in particular be designed as a suction fan, for example as a radial or side-channel compressor.
  • the opening width of the gap-shaped suction opening can extend parallel to the work surface and the inflow channel and the suction channel can be arranged in such a way that the shielding gas flow is formed as a shielding gas flow that sweeps over the entire surface of the work surface.
  • the suction channel can be arranged in or on one of the side walls or the top wall.
  • a suction channel for suctioning a gas from a volume adjoining the suction channel, in particular a production space of a production device, is disclosed.
  • the suction channel includes:
  • the gap-shaped suction opening has an opening width and an opening height which is smaller at the side edges of the suction opening which limit the opening width than in an inner region of the suction opening extending between the two side edges.
  • FIGS. 1A and 1B show a schematic three-dimensional representation and a sectional view of an exemplary suction channel
  • FIGS. 2A to 2C show a schematic horizontal sectional view and two vertical ones
  • Fig. 3 is a schematic three-dimensional representation of an exemplary Absaugka channels of a manufacturing device
  • FIG. 4 shows a view of the suction channel of FIG. 3 from a production area of the production device
  • FIG. 5A shows a schematic sectional view of a manufacturing device in the middle of the suction channel to illustrate the protective gas flow
  • FIG. 5B shows two exemplary curves of flow velocity profiles to explain a protective gas flow in front of a suction channel
  • FIG. 6 shows a schematic three-dimensional representation of an exemplary diaphragm body
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of the area of the suction opening with an exemplary diaphragm body embodied as a spring plate
  • FIG. 8 shows a schematic spatial representation of an exemplary suction channel with two suction connections.
  • the concepts described here are based in part on the knowledge that the homogeneity and controllability of the shielding gas flow in conventional shielding gas systems decrease as the manufacturing space in manufacturing devices increases.
  • the suction of the protective gas from the suction channel through the connection opening takes place laterally, preferably 90 ° with respect to the extent of the opening width of the suction opening, this can affect the protective gas flow.
  • an inhomogeneous shielding gas flow with an uneven mass flow and velocity distribution in the area of the work surface occurs.
  • a significant improvement in the homogeneity of the mass flow and velocity distribution of the protective gas flow in the area of the work surface can be achieved by manipulating the dynamic pressure along the suction opening (or the suction edge).
  • the dynamic pressure can be manipulated, on the one hand, by locally adapting the opening height of the suction opening along the opening width of the suction opening.
  • a higher suction speed (flow speed) is achieved through a lower opening height of the suction opening.
  • the mass flow of a gas flowing through the suction opening is influenced both by the flow velocity and by the available opening height (or the opening cross section). Along the opening width, the flow velocity increases with decreasing opening height (and thus with decreasing opening cross-section). Since a decreasing opening height (and thus a decreasing opening cross-section) and an increasing flow velocity have an opposite effect on the resulting mass flow, if the suction pressure present along the opening width varies (e.g. suction effect of a low pressure pump), an (at least partial) homogenization of the Mass flow can be made across the opening width of the suction opening. As a result, the formation of a homogeneous gas flow (with regard to the mass flow distribution as well as with regard to the flow rate) can be promoted in the area of the work surface in front of the suction opening.
  • the dynamic pressure at a suction opening which has an opening height that decreases towards the connection opening, can also be adapted locally in order to compensate for the increased suction effect in the direction of the connection opening resulting from the decreasing distance.
  • the inventors have recognized that an adaptation of the dynamic pressure by means of a flow configuration in the channel housing, in particular with the aid of an intentional (specifically induced) flow separation on a side facing the interior of the channel housing Side of a front duct panel, can be reached. Due to the flow configuration and, for example, supported by the detachment, turbulences can form in the channel housing, which influence a pressure difference present on both sides of the suction opening.
  • the dynamic pressure can be adjusted with the aid of turbulence, even with the gap width remaining the same, by varying the space provided for the turbulence along the suction opening.
  • a combination of the two effects (changing the opening height and space for the turbulence) can offer more freedom in setting.
  • a variation of the opening height of the suction opening along the opening width can be approximated linearly, in particular over the entire opening width.
  • a polygonal approximation of the variation in the opening height is also possible, with a linear profile possibly being more advantageous in terms of manufacturing costs.
  • the flow configuration in the channel housing can be done by specifically designed channel fronts.
  • An exemplary duct front panel can be implemented by means of a parabolic geometry in a section transverse to the suction opening.
  • an optimized gradient for the opening height (variation of the opening height along the opening width) can result, which is essentially independent of the suction power and suction speed of a low-pressure pump in operation of a manufacturing device.
  • the strength of the suction can be adjusted at least within a certain range without having to accept losses in relation to the homogeneity of the protective gas flow. This enables a situation-specific adaptation of the inert gas mass flow.
  • connection opening is not centered and symmetrical with respect to the suction opening, but is arranged laterally, and thus the shielding gas flow on the side of the suction opening closer to the connection opening has a greater flow speed than on the side of the connection opening further away, the formation of a homogeneous protective gas flow are promoted.
  • This ho- homogenization can be achieved without the use of control companies located in the suction duct.
  • the waiver of guide fins can reduce the production effort and thus the production costs.
  • the ligures 1A and 1B schematically show an exemplary suction channel 1.
  • the suction channel 1 comprises a channel housing 3, a (gap-shaped) suction opening 5 arranged in the channel housing 3 in the form of an elongated gap (in the X direction) and a suction opening 5 arranged in the channel housing 3 Connection opening 7.
  • a gas can be sucked into the duct housing 3 from a volume adjoining the suction duct 1 (in the negative Y direction) through the suction opening 5.
  • the connection opening 7 is arranged laterally (i.e. laterally in the X-direction) and is located generally deviating from a central position with respect to the suction opening, i.e. at a different distance from the ends of the Ab suction opening.
  • gas located in the duct housing 3 is sucked off through the connection opening 7 in the X direction.
  • the channel housing 3 forms a channel bottom wall 3a and a channel cover wall 3b opposite the channel bottom wall 3a (each in the XY plane), as well as two channel side walls 3c, the two channel side walls 3c extending bent from the suction opening 5 in the direction of the connection opening 7 and thus deflect the gas flow in the X direction.
  • the duct housing 3 also comprises a duct front panel 11.
  • An interior space 9 is delimited by the duct housing 3.
  • the duct housing 3 forms a suction shaft from behind the duct front panel 11 with a constant maximum height 9h_max of the interior 9.
  • the height 9h varies in particular near the suction opening 5 (due to the duct front panel 11) and takes a position in the suction shaft (an area further away from the suction opening 5) (defined by the distance between the canal top wall 3b and the canal bottom wall 3a) maximum height 9h_max.
  • the maximum height 9h_max of the interior 9 is constant in the embodiments shown over the entire width (X direction) and depth (Y direction) of the duct housing 3; Nevertheless, embodiments are also conceivable in which this varies over the width and / or depth of the duct housing 3.
  • the suction opening 5 has an opening width 5b (in the X direction) and an opening height 5h (in the Z direction).
  • the opening width 5b is limited by the two channel side walls 3c and the opening height 5h by the channel bottom wall 3a and the channel front panel 11.
  • the channel front panel 11 can be formed in one piece with the adjacent components of the channel housing 3 or be attached to them as a separate component.
  • the opening height 5h increases continuously, here for example linearly, with increasing distance (in the “- X” direction) from the connection opening 7 along the opening width 5b.
  • the opening height 5h can thus be described, for example, in its course by a straight line with a constant gradient factor (delta-Z to delta-X) and can generally be a polygonal function of the X coordinate.
  • the opening height 5h is maximum on the side remote from the connection opening and gradually decreases towards the side near the connection opening.
  • the lower opening height 5h (and thus lower opening cross-sectional area)
  • there is a higher flow or pressure loss and, due to the greater suction capacity (resulting from the smaller distance to connection opening 5), a greater suction capacity can be achieved over the entire area
  • Opening width 5b of suction opening 5 generate homogenized mass flow (preferably a mass flow-adapted equilibrium).
  • a homogeneous suction capacity or a mass flow through the suction opening 5 that is homogeneous over the opening width 5b can be achieved, for example, by the (linear) increase in the opening height 5h of the suction opening 5 to the side remote from the connection opening in combination with the contour of the flow-guiding surfaces (in particular the front duct diaphragm 11) achieved or at least approximately he is enough.
  • the maximum opening height 5h is smaller than the maximum height 9h_max of the interior 9.
  • the minimum opening height 5h is 30% of the maximum height 9h_max and the maximum opening height 5h is 70% of the maximum height 9h_max.
  • the opening height 5h is in the range from 1 mm to 150 mm, in particular 5 mm to 50 mm.
  • the opening width 5b can, for. B. in the range from 50 mm to 3000 mm, in particular special from 100 mm to 1000 mm, and a ratio of the increase in the opening height 5h along the opening width 5b can be in the range from 0.005 to 0.5, in particular in the range of 0 , 01 to 0.1.
  • the duct front panel 11 is indicated in FIG. 1B as a panel body 11 that is separate from the adjoining duct ceiling wall 3b.
  • the duct front panel 11 has a side 11a facing the interior 9 of the duct housing 3 and a side 11b facing away from the interior 9 of the duct housing 3.
  • a cross-sectional contour 13 of the channel front diaphragm 11 (which extends in a plane perpendicular to the extent of the opening width 5b, in Fig. 1A and b that is in the YZ plane) is exemplified both on the side 11a facing the interior 9 and on the side facing away from the interior 9 lb executed parabolic.
  • the cross-sectional contour 13 can be designed mirror-symmetrically but also (slightly) asymmetrically.
  • the front channel panel 11 has a parabolic cross-sectional profile in FIG. 1, the front side of which (the side of the front channel panel facing away from the interior of the channel housing) enables the shielding gas flow to be merged with a type of polygonal funnel and thus in the direction of the extension of the opening height (Z-direction ) generates a uniform acceleration of the protective gas to be discharged.
  • the cross-sectional contour 13 (surface profile) of the channel front panel 11 can generally be shaped differently, for example rectangular, trapezoidal, triangular or semi-parabolic (see also FIG. 7). Certain shapes can have a positive effect on turbulence, as described in connection with FIG. 5A (for example, in that defined flow breaks occur).
  • the mirror-symmetrical parabolic surface of the cross-section of the front channel diaphragm 11 shown as an example enables an induced turbulence of the fluid (formation of a detachment vortex) in the interior 9, whereby a further flow resistance can be generated, which can also vary along the opening width.
  • the distance between the cross-sectional contour 13 and the duct bottom wall 3a can vary along the cross-sectional contour 13 (in the Y direction).
  • the opening height 5h denotes the minimum distance between the cross-sectional contour 13 of the duct front panel 11 and the area of the duct housing 3 opposite the duct front panel 11 at an X position (the duct bottom wall 3a in FIGS. 1A and 1B).
  • the suction opening 5 extends along the opening height 5h and accordingly where the distance between the cross-sectional contour 13 of the channel front panel 11 and the area of the channel housing 3 opposite the channel front panel 11 is minimal.
  • a rearward flattening, for example "flow-optimized" rear side (the side of the front channel panel facing the interior of the duct housing) of the front channel panel can cause an inhomogeneous shielding gas flow (or inhomogeneous suction line), since separation vortices can be missing, which make up a large part of the Generate pressure loss.
  • the interior 9 of the duct housing 3 expands in that a height 9h of the interior 9 of the duct housing 3 increases starting from the opening height 5h.
  • a space 15 is thus provided in which a separation vortex 17 of a gas flow can be formed during the intended suction of the gas (see separation vortex 17 in FIG. 5).
  • the height 9h and the maximum height 9h_max of the interior 9 of the duct housing 3 extend in the direction of the opening height 5h of the suction opening 5.
  • the height 9h of the interior 9 reaches a value (maximum height 9h_max) which, factor 3-4, is greater (in particular at least 30% greater) than the smallest opening height 5h of the suction opening 5 and in particular is at least as large as that largest opening height (5h) of the suction opening (5).
  • the maximum height 9h_max is three to four times as large (or even greater) as a minimum opening height (in FIG. 1 on the narrow side of the suction opening 5.
  • the smallest opening height is 25-30 mm (without guide fins) and the maximum Height 9h_max in the suction shaft is approx. 80 mm.
  • the interior space 9 of the duct housing 3 is free of guide fins around which flow flows on both sides. (With guide fins, for example, the smallest opening height can be a little less, e.g. 20 mm.)
  • FIGS. 2A to 2C show a horizontal sectional view and two vertical sectional views of a schematic manufacturing device 21 for the additive manufacturing of a three-dimensional component 23 from a powder 25.
  • the manufacturing device 21 has a work surface 27 providing and of Side walls 29, a door 29a and a top wall 31 be bounded manufacturing space 33, a beam source 35 for generating a beam 35a for the irradiation of powder 25 in the work surface 27 for the layered production of the component 23 and a protective gas system for providing a protective gas flow 37.
  • the work surface 27 comprises a circular powder bed area 27a above a substrate plate 39, on which the component 23 is produced from powder 25 by fusing the powder 25 in layers with a beam 35a.
  • the work surface 27 can furthermore comprise a powder discharge area 27b and a powder storage area 27c.
  • the powder can be conveyed from the powder storage area 27c into the powder bed area 27a and excess powder 25 can be conveyed further into the powder storage area 27b.
  • the protective gas system comprises an inflow channel 43, a suction channel 1 according to the invention and a low-pressure pump 45 Door 29A) arranged suction channel 1 led off.
  • the protective gas is sucked out of the production space 33 by means of a low-pressure pump 45 fluidly connected to the suction duct 1 via the connection opening 7 and a connection duct 44.
  • the low-pressure pump 45 can be operated as a suction fan and is designed, for example, as a radial or side-channel compressor.
  • the opening width 5b of the gap-shaped suction opening 5 extends parallel to the work surface 27, the lower edge being arranged above the work surface 27, for example, at a maximum height of a few millimeters.
  • the inflow channel 43 and the suction channel 1 are arranged in such a way that the protective gas flow 37 as a protective gas flow 37 that sweeps over the entire surface of the work surface 27, in particular the powder bed area 27a.
  • the protective gas flow 37 has a mass flow and velocity distribution that is as homogeneous as possible.
  • Figures 3 and 4 each show a schematic three-dimensional representation of a further exemplary intake duct 1 ‘of a manufacturing device, as it can be milled from an aluminum block, for example.
  • FIG. 3 is an external view of the manufacturing apparatus; the suction channel 1 ', a rear wall 29 delimiting a production space and a connecting channel 43 can be seen.
  • a duct housing 3 ' forms a (detachable) duct bottom wall 3a' and a duct cover wall 3b 'opposite this, as well as two duct side walls 3c', with the inner walls of the two duct side walls 3c extending bent from a suction opening 5 'towards a connection opening 7' .
  • a duct front panel 11 ' has a slightly asymmetrical parabolic cross-sectional contour and is designed as a panel body which is separate from the adjacent duct ceiling wall 3b'.
  • a separate perspective illustration of the visor body 11 'from FIG. 3 can be found in FIG. 6.
  • Fig. 4 shows an interior view of the manufacturing space 33 of the manufacturing device 21 indicated in FIG. 3, wherein the suction channel 1 ', the rear wall 29' delimiting the manufacturing space 33 and a work surface 27 'can be seen. Between the channel front panel 11 ‘, the two channel side walls 3c‘ and the channel bottom wall 3a ‘extends the spaltför-shaped from suction opening 5‘.
  • the manhole cover wall 3b ‘and the two channel side walls 3c‘ are made in one piece and are made for example umblock by milling out of an aluminum. Because the interior 9 'of the duct housing 3' is free of guide fins around which flow flows on both sides, the milling process can be simplified and the production costs can thus be reduced.
  • guide fins 47 can optionally be seen in the interior 9 'of the duct housing 3', two guide fins 47 around which flow flows on both sides are also shown in dashed lines in the suction duct 1 'in FIG. 4 in the interior 9' of the duct housing 3 '.
  • the two Guide fins 47 extend bent from the suction opening 5 'in the direction of the connection opening 7'.
  • FIG. 5A shows a schematic partial sectional view of a production device 21 in the central area of the gap-shaped suction opening 5 to illustrate the gas flows that form in the production space 33 in the area of the work surface 27 in front of the suction channel 1 (here the protective gas flow 37) and the flow configuration in the suction channel 1 with a separation vortex 17.
  • the duct housing 3 is designed such that the protective gas flow 37 with homogeneous mass flow and speed distributions is formed in the area of the working surface 27. This is at least partially made possible by the detachment vortex 17 formed in the interior 9 of the Kanalge housing 3, which is formed to different degrees along the gap-shaped suction opening 5 which varies in height.
  • Fig. 5B shows two curves K1, K2 of flow velocity curves within the protective gas flow 37 along a (indicated in Fig. 5A) parallel to the extension of the opening width (opening width 5b in Fig. 1A and thus perpendicular to the plane of the drawing) in the loading area of the work surface 27 Measuring line M.
  • the X-axis marks the position along the measuring line M (ie along the suction opening 5), the origin of the X-axis, for example, the center of the opening width of the suction opening 5 in Fig. 1A marked.
  • the connection opening 7 is located in the area of the negative X-axis, the suction of the protective gas from the interior 9 of the duct housing 3 accordingly takes place in FIG. 5A in the plane of the drawing.
  • the V-axis shows the values of the flow velocity simulated at the respective location of the measuring line M (for example in the range of 1 m / s).
  • the first curve K1 shows a flow velocity profile that results when the suction channel 1 with front channel diaphragm 11 shown in FIG. 5A is used.
  • the second curve K2 shows a flow velocity profile that occurs if the (otherwise identical) suction duct 1 without a front duct diaphragm 11 were used.
  • a front duct cover 11 is not designed with a fixed component geometry, but rather as a deformable front duct cover 11" made of a flexible material (e.g. spring steel sheet).
  • the front channel cover 11 ′′ is firmly connected on one side (at its end of the suction channel facing away from an interior 9) to a channel ceiling wall 3b by means of suitable fastening means 49.
  • the front channel cover 11 ′′ can be clamped in the channel housing 3 with the help of spacers 51, which are arranged, for example, on the channel side walls 3c and possibly at positions along the suction opening, in order to force the front channel cover 11 ′′ to have a desired shape and cross-sectional contour 13 as well define the course of the lower edge in the X direction.
  • the cross-sectional contour 13 of the duct front panel 11 ′′ and the opening height 5h of the suction opening 5 can thus be adjusted via a corresponding adjustment of the height of the spacers 51.
  • the channel front panel 11 ′′ can only form a flow-guiding front side in its cross-sectional contour 13, or it can also comprise a flow-guiding rear side defining a tear-off.
  • Fig. 7 both the shape of a bilateral approximate parabolic shape with two parabolic branches (this corresponds to a cross-sectional contour 13 including the area shown by dashed lines) and as a half parabola with only one parabolic branch (this corresponds to a cross-sectional contour 13 without the broken line Area).
  • the suction duct 1 ′′ comprises a (hammer-shaped) duct housing 3 delimiting an interior 9, a gap-shaped suction opening 5 ′′ arranged in the duct housing 3 and two opposing connection openings 7_1, 7_2, each laterally arranged in relation to the suction opening 5 ′′ in the duct housing 3.
  • the suction opening 5 ′′ designed in the form of an elongated gap, has an opening width 5b and an opening height 5h.
  • the opening height 5h increases within two sections Al, A2 of the opening width 5b with increasing distance from the connection opening 7_1, 7_2 closer to the respective section Al, A2 along the opening width 5b.
  • the opening height 5h varies along the opening width 5b and is less at the two lateral edges RI, R2 of the suction opening 5 "that delimit the opening width 5b than in an inner region I of the suction opening 5" extending between the two lateral edges RI, R2.
  • the opening height 5h varies continuously linearly along the opening width 5b with mirror symmetry within the sections A1, A2.
  • the duct housing can be widened upwards (as in FIG. 1A) and / or downwards, for example with two symmetrical or differently sized front duct panels in the Z direction.

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Abstract

Absaugkanal (1) zum Absaugen eines Gases aus einem an den Absaugkanal (1) angrenzenden Volumen, insbesondere einem Fertigungsraum einer Fertigungsvorrichtung. Der Absaugkanal (1) weist auf ein Kanalgehäuse (3), welches einen Innenraum (9) begrenzt, eine im Kanalgehäuse (3) angeordnete in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung (5), und eine bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung (5) seitlich im Kanalgehäuse (3) angeordnete Anschlussöffnung (7) zur Gasabfuhr aus dem Innenraum (9). Die in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung (5) weist eine Öffnungsbreite (5b) und eine Öffnungshöhe (5h) auf. Die Öffnungshöhe (5h) nimmt innerhalb mindestens eines Abschnittes der Öffnungsbreite (5b) mit zunehmendem Abstand von der Anschlussöffnung (7) entlang der Öffnungsbreite (5b) zu.

Description

AB SAUGKANAL BEI DER GENERATIVEN FERTIGUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Absaugkanal zum Absaugen eines Gases aus einem an den Absaugkanal angrenzenden Volumen. Ferner betrifft die Erfindung eine Fertigungsvor richtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver mit ei nem derartigen Absaugkanal.
Absaugkanäle kommen üblicherweise zum Einsatz, um mit Hilfe eines mit einem Absaugka nal über eine Anschlussöffnung verbundenen Sauggebläses ein Gas aus einem an den Absaug kanal angrenzenden Volumen abzusaugen. Dabei wird Gas aus dem angrenzenden Volumen durch eine Absaugöffnung des Absaugkanals unter Ausbildung einer Absauggasströmung in den Absaugkanal eingesaugt und anschließend durch die Anschlussöffnung zum Sauggebläse gefördert. Auf diese Weise können selbstverständlich auch im abgesaugten Gas befindliche Feststoffpartikel aus dem besagten Volumen gewollt oder ungewollt entfernt werden.
Zusammen mit einem Einströmkanal, über dessen Einlassöffnung Schutzgas verströmt werden kann, kann ein Absaugkanal ein Schutzgas System ausbilden. Das Schutzgassystem bildet eine Schutzgasströmung aus, die z. B. eine Arbeitsfläche flächig überstreicht und vom Einströmka nal zum Absaugkanal strömt.
Schutzgassysteme mit besonders hohen Anforderungen an die Homogenität der sich ausbil denden Schutzgasströmung werden in Vorrichtungen zur generativen Fertigung vorgesehen, bei denen mittels Bestrahlung durch einen Laserstrahl ein dreidimensionales Bauteil aus ei nem Pulver gefertigt wird. Für die generative Fertigung kann es vorteilhaft sein, wenn sich im Bereich der Arbeitsfläche eine möglichst homogene Schutzgasströmung mit homogener Strö- mungsgeschwindigkeits- und Massenstromverteilung ausbildet. Die Ausbildung einer defi nierten Schutzgasströmung wird mit zunehmender Größe der Arbeitsfläche schwieriger.
Eine Vorrichtung zur generativen Fertigung sowie insbesondere ein darin zum Einsatz kom mender Absaugkanal werden beispielsweise in EP 3015197 Bl beschrieben.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absaugkanal bereitzu stellen, der sich durch eine verbesserte Praxistauglichkeit auszeichnet, insbesondere in Bezug auf die Fertigungskosten sowie die Ausbildung einer möglichst homogenen Absauggasströ mung über einer Arbeitsfläche, insbesondere auch über einer großen Arbeitsfläche.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch einen Absaugkanal nach Anspruch 1 und eine Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 16. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt weist ein Absaugkanal zum Absaugen eines Gases aus einem an den Absaug kanal angrenzenden Volumen, insbesondere einem Fertigungsraum einer Fertigungsvorrich tung, ein Kanalgehäuse, welches einen Innenraum begrenzt, eine im Kanalgehäuse angeord nete in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung, und eine bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung seitlich im Kanalgehäuse angeordnete Anschlussöffnung auf. Dabei weist die in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung eine Öff nungsbreite und eine Öffnungshöhe auf. Die Öffnungshöhe nimmt innerhalb mindestens eines Abschnitts der Öffnungsbreite mit zunehmendem Abstand von der Anschlussöffnung (, die dem Abschnitt zugeordnet ist,) entlang der Öffnungsbreite zu.
Eine seitliche Anordnung der Anschlussöffnung ist derart zu verstehen, dass die Anschlussöff nung nicht mittig und/oder symmetrisch bezogen auf die Öffnungsbreite der Absaugöffnung angeordnet ist. Wenn die Absaugöffnung zwei die Öffnungsbreite begrenzende seitliche Rän der aufweist, hat die Anschlussöffnung demnach zu diesen beiden seitlichen Rändern der Ab saugöffnung voneinander unterschiedliche Abstände.
In einigen Ausführungsformen des Absaugkanals kann dieser genau eine bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung seitlich im Kanalgehäuse angeordnete Anschlussöffnung aufweisen und kann die Öffnungshöhe mit zunehmendem Abstand von der Anschlussöffnung entlang der gesamten Öffnungsbreite zunehmen.
Alternativ kann in einigen Ausführungsformen der Absaugkanal zwei bezogen auf den längli chen Spalt der Absaugöffnung seitlich im Kanalgehäuse angeordnete, insbesondere einander gegenüberliegende oder in gegenüberliegenden Bereichen angeordnete, Anschlussöffnungen aufweisen und kann die Öffnungshöhe innerhalb zweier Abschnitte der Öffnungsbreite mit zu nehmendem Abstand von der dem jeweiligen Abschnitt näherhegenden Anschlussöffnung entlang der Öffnungsbreite zunehmen. In einigen Weiterbildungen kann die Öffnungshöhe innerhalb des jeweiligen Abschnitts der Öffnungsbreite kontinuierlich entlang der Öffnungsbreite, insbesondere linear oder polygonal, zunehmen.
Dadurch, dass die Öffnungshöhe innerhalb des jeweiligen Abschnitts der Öffnungsbreite kon tinuierlich entlang der Öffnungsbreite zunimmt, kommt zum Ausdruck, dass der Verlauf der Öffnungshöhe innerhalb des jeweiligen Abschnitts der Öffnungsbreite entlang der Öffnungs breite durch eine stetige Funktion beschreibbar ist und somit keine Sprünge oder Unstetig keitsstellen aufweist.
In einigen Ausführungsformen des Absaugkanals kann die Öffnungshöhe innerhalb des jewei ligen Abschnitts der Öffnungsbreite kontinuierlich entlang der Öffnungsbreite, insbesondere linear oder polygonal, zunehmen.
In einigen Ausführungsformen kann die Öffnungshöhe im Bereich von 1 mm bis 150 mm, ins besondere 5 mm bis 50 mm, liegen, und/oder kann die Öffnungsbreite im Bereich von 50 mm bis 3000 mm, insbesondere 100 mm bis 1000 mm, liegen, und/oder kann das Verhältnis aus der Zunahme der Öffnungshöhe entlang der Öffnungsbreite und der Öffnungsbreite im Be reich von 0,005 bis 0,5, insbesondere 0,01 bis 0,1, liegen.
In einigen Ausführungsformen kann sich ausgehend von der Absaugöffnung der Innenraum des Kanalgehäuses aufweiten.
In einigen Ausführungsformen kann der Innenraum des Kanalgehäuses einen Raum bereitstel len, in dem während des bestimmungsgemäßen Absaugens des Gases ein Ablösewirbel einer Gasströmung ausbildbar ist.
In einigen Ausführungsformen kann sich der Innenraum des Kanalgehäuses ausgehend von der Absaugöffnung aufweiten, indem eine Höhe des Innenraums des Kanalgehäuses ausge hend von der Öffnungshöhe der Absaugöffnung zunimmt. Die Höhe des Innenraums kann da bei einen Wert erreichen, der mindestens 30 % größer ist als die kleinste Öffnungshöhe der Absaugöffnung, und insbesondere mindestens so groß ist wie die größte Öffnungshöhe der Absaugöffnung oder insbesondere dreimal bis viermal so groß ist wie die kleinste Öffnungs höhe der Ab Säugöffnung. Das Kanalgehäuse kann dabei insbesondere einen Absaugschacht mit einer konstanten maximalen Höhe des Innenraums ausbilden.
In einigen Ausführungsformen kann das Kanalgehäuse eine Kanalfrontblende umfassen und kann die Öffnungshöhe der Absaugöffnung auf mindestens einer Längsseite durch die Kanal frontblende begrenzt sein.
Dabei kann in einigen Ausführungsformen die Kanalfrontblende eine dem Innenraum des Ka nalgehäuses zugewandte Seite sowie eine dem Innenraum des Kanalgehäuses abgewandte Seite aufweisen. Eine Querschnittskontur der Kanalfrontblende kann auf der dem Innenraum zugewandten Seite und/oder der dem Innenraum abgewandten Seite gekrümmt ausgeführt sein.
Dabei kann in einigen Ausführungsformen die Querschnittskontur der Kanalfrontblende spie gelsymmetrisch, insbesondere als Parabel mit zwei zueinander spiegelsymmetrischen Parabel zweigen, oder asymmetrisch, insbesondere als Parabel mit zwei zueinander asymmetrischen Parabelzweigen, ausgeführt sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kanalfrontblende einstückig mit dem übrigen Kanal gehäuse ausgeführt sein oder als ein vom übrigen Kanalgehäuse separater Blendenkörper aus geführt sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Querschnittskontur der Kanalfrontblende und/oder die Öffnungshöhe der Absaugöffnung einstellbar sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Innenraum des Kanalgehäuses frei von beidseitig um strömten Leitfinnen sein.
In einigen Ausführungsformen kann im Innenraum des Kanalgehäuses mindestens eine beid seitig umströmte Leitfinne vorgesehen sein, die sich aus dem Bereich der Absaugöffnung in Richtung der Anschlussöffnung erstreckt. In einem weiteren Aspekt weist eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver einen eine Arbeitsfläche bereitstellenden und von Seitenwänden sowie einer Deckenwand begrenzten Fertigungsraum, eine Strahlquelle zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung von Pulver in der Arbeitsfläche zum schichtwei sen Herstellen des Bauteils und ein Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasstroms auf. Das Schutzgassystem umfasst einen Einströmkanal, einen wie zuvor beschriebenen Ab saugkanal und eine Niederdruckpumpe. Der Schutzgasstrom strömt aus dem Einströmkanal in den Fertigungsraum ein und wird durch den Absaugkanal mittels der über die Anschlussöff nung oder die beiden Anschlussöffnungen fluidisch mit dem Absaugkanal verbundene Nieder- druckpumpe aus dem Fertigungsraum abgesaugt.
Die Niederdruckpumpe kann dabei insbesondere als Sauggebläse, beispielsweise als Radial oder Seitenkanalverdichter ausgeführt sein.
In einigen Ausführungsformen der Fertigungsvorrichtung kann sich die Öffnungsbreite der spaltförmigen Absaugöffnung parallel zur Arbeitsfläche erstrecken und können der Einström kanal und der Absaugkanal derart angeordnet sein, dass sich der Schutzgasstrom als ein die Arbeitsfläche flächig überstreichender Schutzgasstrom ausbildet.
In einigen Ausführungsformen kann der Absaugkanal in oder an einer der Seitenwände oder der Deckenwand angeordnet sein.
In einem weiteren Aspekt wird ein Absaugkanal zum Absaugen eines Gases aus einem an den Absaugkanal angrenzenden Volumen, insbesondere einem Fertigungsraum einer Fertigungs vorrichtung offenbart. Der Absaugkanal umfasst:
- ein Kanalgehäuse, welches einen Innenraum begrenzt,
- eine im Kanalgehäuse angeordnete spaltförmige Ab Säugöffnung, und
- zwei bezogen auf die Absaugöffnung jeweils seitlich im Kanalgehäuse angeordnete, einan der gegenüberliegende Anschlussöffnungen.
Die spaltförmige Absaugöffnung weist eine Öffnungsbreite und eine Öffnungshöhe auf, die an die Öffnungsbreite begrenzenden seitlichen Rändern der Absaugöffnung geringer ist als in ei nem sich zwischen den beiden seitlichen Rändern erstreckenden Innenbereich der Absaugöff nung. Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:
Figuren 1A und 1B eine schematische räumliche Darstellung sowie eine Schnittansicht ei nes beispielhaften Absaugkanals,
Figuren 2A bis 2C eine schematische horizontale Schnittansicht sowie zwei vertikale
Schnittansichten einer beispielhaften Fertigungsvorrichtung mit einem Absaugkanal,
Fig. 3 eine schematisch räumliche Darstellung eines beispielhaften Absaugka nals einer Fertigungsvorrichtung,
Fig. 4 eine Ansicht auf den Absaugkanal der Fig. 3 aus einem Fertigungsraum der Fertigungsvorrichtung,
Fig. 5A eine schematische Schnittansicht einer Fertigungsvorrichtung im Be reich der Mitte des Absaugkanals zur Illustration des Schutzgasstroms, Fig. 5B zwei beispielhafte Kurven von Strömungsgeschwindigkeitsverläufen zur Erläuterung eines Schutzgasstroms vor einem Absaugkanal,
Fig. 6 eine schematische räumliche Darstellung eines beispielhaften Blenden körpers,
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht des Bereichs der Absaugöffnung mit einem beispielhaften als Federblech ausgeführten Blendenkörper und Fig. 8 eine schematische räumliche Darstellung eines beispielhaften Absaug kanals mit zwei Absauganschlüssen.
Die hierin beschriebenen Konzepte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass mit zunehmen der Vergrößerung des Fertigungsraums in Fertigungsvorrichtungen die Homogenität und Kon- trollierbarkeit des Schutzgasstroms bei herkömmlichen Schutzgassystemen abnimmt. Insbe sondere, wenn - wie bei derartigen Fertigungsvorrichtungen üblich - die Absaugung des Schutzgases aus dem Absaugkanal durch die Anschlussöffnung seitlich, bevorzugt 90° bezo gen auf die Erstreckung der Öffnungsbreite der Absaugöffnung erfolgt, kann sich dies auf den Schutzgasstrom auswirken. Dadurch kann (auch bei einer Absaugung durch zwei jeweils seit lich im Kanalgehäuse angeordneten, einander gegenüberliegenden Anschlussöffnungen) vor allem bei großen Fertigungsräumen eine inhomogene Schutzgasströmung mit einer ungleichen Massenstrom- und Geschwindigkeitsverteilung im Bereich der Arbeitsfläche entstehen.
Eine signifikante Verbesserung der Homogenität der Massenstrom- und Geschwindigkeits Ver teilung der Schutzgasströmung im Bereich der Arbeitsfläche kann durch eine Manipulation des Staudrucks entlang der Absaugöffnung (bzw. der Absaugkante) erzielt werden. Bei einer einseitigen Absaugung des Schutzgases (die Absaugung des Schutzgases erfolgt durch nur eine seitlich im Kanalgehäuse angeordnete Anschlussöffnung), was aufgrund der geringeren Komplexität von Vorteil ist, kann dieser Effekt z.B. genutzt werden. Die Manipulation des Staudrucks kann zum einen über eine lokale Anpassung der Öffnungshöhe der Absaugöffnung entlang der Öffnungsbreite der Absaugöffnung erfolgen.
Durch eine geringere Öffnungshöhe der Absaugöffnung wird eine höhere Absauggeschwin digkeit (Strömungsgeschwindigkeit) erzielt. Der Massenstrom eines durch die Absaugöffnung strömenden Gases wird sowohl von der Strömungsgeschwindigkeit als auch von der zur Ver fügung stehenden Öffnungshöhe (bzw. dem Öffnungsquerschnitt) beeinflusst. Entlang der Öffnungsbreite erhöht sich mit abnehmender Öffnungshöhe (und somit mit abnehmendem Öffnungsquerschnitt) die Strömungsgeschwindigkeit. Da eine abnehmende Öffnungshöhe (und somit ein abnehmender Öffnungsquerschnitt) und eine zunehmende Strömungsgeschwin digkeit sich gegenläufig auf den sich ergebenen Massenstrom auswirken, kann bei einer Vari ation des entlang der Öffnungsbreite vorliegenden Absaugdrucks (z.B. Sogwirkung einer Nie derdruckpumpe) eine (zumindest teilweise) Homogenisierung des Massenstroms über die Öff nungsbreite der Absaugöffnung hinweg vorgenommen werden. Dadurch kann die Ausbildung eines (in Bezug auf die Massenstromverteilung als auch in Bezug auf die Strömungsgeschwin digkeit) homogenen Gasstroms im Bereich der Arbeitsfläche vor der Absaugöffnung befördert werden.
Mit den hierin offenbarten Konzepten kann ferner der Staudruck an einer Absaugöffnung, die eine zur Anschlussöffnung hin abnehmende Öffnungshöhe aufweist, lokal angepasst werden, um die aus der abnehmenden Entfernung resultierende erhöhte Sogwirkung in Richtung der Anschlussöffnung zu kompensieren.
Die Erfinder haben hierzu erkannt, dass eine Anpassung des Staudrucks durch eine Strö mung skonfiguration im Kanalgehäuse, insbesondere mithilfe einer beabsichtigten (gezielt in duzierten) Strömungsablösung auf einer dem Innenraum des Kanalgehäuses zugewandten Seite einer Frontkanalblende, erreicht werden kann. Aufgrund der Strömungskonfiguration und beispielsweise unterstützt durch die Ablösung können sich Verwirbelungen im Kanalge häuse ausbilden, die eine beidseitig der Absaugöffnung vorliegende Druckdifferenz beeinflus sen. In einigen Ausführungsformen kann die Anpassung des Staudrucks mithilfe von Verwir belungen auch bei gleichbleibender Spaltbreite durch eine Variation des für die Verwirbelun gen bereitgestellten Raums entlang der Absaugöffnung erfolgen. Eine Kombination der beiden Effekte (Änderung der Öffnungshöhe und Raum für die Verwirbelungen) kann mehr Freihei ten bei der Einstellung bieten.
Eine mithilfe von Strömungs Simulationen optimierte Variation der Öffnungshöhe der Absau göffnung entlang der Öffnungsbreite kann insbesondere über die gesamte Öffnungsbreite li near angenähert werden. Eine polygonale Annäherung der Variation der Öffnungshöhe ist ebenfalls möglich, wobei ein linearer Verlauf unter dem Aspekt der Fertigungskosten mög licherweise vorteilhafter ist.
Die Strömungskonfiguration im Kanalgehäuse kann durch spezifisch ausgebildete Kanalfront blenden erfolgen. Eine beispielhafte Kanalfrontblende kann durch eine parabelförmige Geo metrie im Schnitt quer zur Absaugöffnung realisiert werden.
Bei der Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte kann sich ein optimierter Gradient für die Öffnungshöhe (Variation der Öffnungshöhe entlang der Öffnungsbreite) ergeben, der im Wesentlichen unabhängig von der Absaugleistung und Absauggeschwindigkeit einer Nie derdruckpumpe im Betrieb einer Fertigungsvorrichtung ist. Dadurch kann eine Stärke der Ab saugung zumindest in einem gewissen Rahmen einstellbar sein, ohne dabei Einbußen bezogen auf die Homogenität der Schutzgasströmung in Kauf nehmen zu müssen. Dadurch wird ein situationsspezifisches Anpassen des Schutzgasmassenstroms ermöglicht.
Basierend auf den hierin beschriebenen Konzepten kann somit selbst wenn - was aus Platz gründen allerdings durchaus üblich ist - die Anschlussöffnung bezogen auf die Absaugöff nung nicht mittig und symmetrisch, sondern seitlich angeordnet ist und somit die Schutzgas strömung auf der der Anschlussöffnung näher liegenden Seite der Absaugöffnung eine grö ßere Strömungsgeschwindigkeit aufweist als auf der der Anschlussöffnung entfernter liegen den Seite, die Ausbildung einer homogenen Schutzgasströmung befördert werden. Diese Ho- mogenisierung kann dabei ohne den Einsatz von im Absaugkanal angeordneten Leitfirmen er reicht werden. Der Verzicht auf Leitfinnen kann den Lertigungsaufwand und somit die Lerti- gungskosten verringern.
Nachfolgend wird in Zusammenhang mit den Liguren 1A und 1B ein beispielhafter Absaug kanal erläutert. In Zusammenhang mit den Liguren 2A bis 4 wird die Integration eines derarti gen Absaugkanals in einer Vorrichtung zur generativen Lertigung beschrieben. Das in einer derartigen Vorrichtung erreichte Strömungsverhalten wird anhand der Liguren 5A und 5B und beispielhafte Konfigurationen von Kanalfrontblenden werden anhand der Liguren 6 und 7 er läutert. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Absaugkanals wird in Zusammen hang mit Lig. 8 vorgestellt.
Die Liguren 1A und 1B zeigen schematisch einen beispielhaften Absaugkanal 1. Der Absaug kanal 1 umfasst ein Kanalgehäuse 3, eine im Kanalgehäuse 3 angeordnete in Lorm eines (in X-Richtung) länglichen Spalts ausgeführte (spaltförmige) Absaugöffnung 5 und eine im Ka nalgehäuse 3 angeordnete Anschlussöffnung 7. Durch die Absaugöffnung 5 kann ein Gas aus einem (in negativer Y-Richtung) an den Absaugkanal 1 angrenzenden Volumen in das Kanal gehäuse 3 eingesaugt werden. Bezogen auf die Absaugöffnung 5 ist die Anschlussöffnung 7 seitlich (d.h., in X-Richtung seitlich) angeordnet und befindet sich allgemein abweichend von einer Mittenposition bezüglich der Absaugöffnung, d.h. mit unterschiedlichem Abstand zu den Enden der Ab Säugöffnung. Im Beispiel der Liguren 1A und 1B erfolgt die Absaugung von im Kanalgehäuse 3 befindlichen Gas durch die Anschlussöffnung 7 in X-Richtung.
Das Kanalgehäuse 3 bildet dabei eine Kanalbodenwand 3a sowie eine der Kanalbodenwand 3a gegenüberliegende Kanaldeckelwand 3b (jeweils in der X-Y-Ebene), sowie zwei Kanalsei tenwände 3c aus, wobei sich die beiden Kanalseitenwände 3c gebogen von der Absaugöff nung 5 in Richtung der Anschlussöffnung 7 erstrecken und somit den Gasstrom in die X-Rich- tung ablenken. Lerner umfasst das Kanalgehäuse 3 auch eine Kanalfrontblende 11. Durch das Kanalgehäuse 3 ist ein Innenraum 9 begrenzt. Das Kanalgehäuse 3 bildet hinter der Kanal frontblende 11 einen Ab saug schacht mit einer konstanten maximalen Höhe 9h_max des In nenraums 9 aus. In der in Lig. 1B gezeigten Ausführung der Kanalfrontblende 11 variiert die Höhe 9h insbesondere nahe der Absaugöffnung 5 (aufgrund der Kanalfrontblende 11) und nimmt im Absaugschacht (einem weiter von der Absaugöffnung 5 entfernten Bereich) eine (durch den Abstand zwischen Kanaldeckenwand 3b und Kanalbodenwand 3a definierte) ma ximale Höhe 9h_max ein. Die maximale Höhe 9h_max des Innenraums 9 ist dabei in den ge zeigten Ausführungsformen über die gesamte Breite (X- Richtung) und Tiefe (Y-Richtung) des Kanalgehäuses 3 konstant; gleichwohl sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen diese über die Breite und/oder Tiefe des Kanalgehäuses 3 hinweg variiert.
Die Absaugöffnung 5 weist eine Öffnungsbreite 5b (in X-Richtung) und eine Öffnungshöhe 5h (in Z-Richtung) auf. Die Öffnungsbreite 5b wird im Beispiel der Figuren 1A und 1B von den beiden Kanalseitenwänden 3c und die Öffnungshöhe 5h von der Kanalbodenwand 3a so wie der Kanalfrontblende 11 begrenzt. Die Kanalfrontblende 11 kann einstückig mit den be nachbarten Komponenten des Kanalgehäuses 3 ausgebildet werden oder als eigene Kompo nente an diesen befestigt werden.
Fig. 1A zeigt, wie die Öffnungshöhe 5h mit zunehmendem Abstand (in ,,-X“-Richtung) von der Anschlussöffnung 7 entlang der Öffnungsbreite 5b kontinuierlich, hier beispielsweise li near, zunimmt. Die Öffnungshöhe 5h ist somit beispielsweise in ihrem Verlauf durch eine Ge rade mit konstantem Steigungsfaktor (delta-Z zu delta-X) beschreibbar und kann allgemein eine polygonale Funktion der X-Koordinate sein.
Man erkennt, dass die Öffnungshöhe 5h an der anschlussöffnungsfemen Seite maximal ist und sukzessiv zur anschlussöffnungsnahen Seite hin abnimmt. Dadurch hat man an der anschluss öffnungsnahen Seite aufgrund der geringeren Öffnungshöhe 5h (und damit geringeren Öff nungsquerschnittsfläche) einen höheren Strömungs- bzw. Druckverlust und kann somit auf grund der (aus dem geringeren Abstand zur Anschlussöffnung 5 resultierenden) stärkeren Ab saugleistung einen über die gesamte Öffnungsbreite 5b der Absaugöffnung 5 homogenisierten Massenstrom (bevorzugt ein massenstromangepasstes Equilibrium) erzeugen. Eine homogene Absaugleistung bzw. ein über die Öffnungsbreite 5b homogener Massenstrom durch die Ab saugöffnung 5 kann z.B. durch den (linearen) Anstieg der Öffnungshöhe 5h der Absaugöff nung 5 zur anschlussöffnungsfernen Seite in Kombination mit der Kontur der strömungsfüh renden Flächen (insbesondere der Frontkanalblende 11) erzielt bzw. zumindest angenähert er reicht werden. Man erkennt ferner, dass die maximale Öffnungshöhe 5h kleiner ist als die ma ximale Höhe 9h_max des Innenraums 9. Beispielsweise beträgt die minimal Öffnungshöhe 5h 30 % der maximalen Höhe 9h_max und die maximale Öffnungshöhe 5h 70 % der maximalen Höhe 9h_max. Beispielsweise liegt die Öffnungshöhe 5h im Bereich von 1 mm bis 150 mm, insbesondere 5 mm bis 50 mm. Die Öffnungsbreite 5b kann z. B. im Bereich von 50 mm bis 3000 mm, insbe sondere von 100 mm bis 1000 mm, liegen und ein Verhältnis aus der Zunahme der Öffnungs höhe 5h entlang der Öffnungsbreite 5b kann im Bereich von 0,005 bis 0,5, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,1, liegen.
Für den nachfolgend besprochenen Anwendungsfall einer Vorrichtung zur generativen Ferti gung kann die Ausbildung eines (in Bezug auf die Massenstromverteilung als auch in Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung) im Wesentlichen homogenen Gasstroms im Bereich einer Arbeitsfläche erreicht werden.
Beispielsweise ist die Kanalfrontblende 11 in Fig. 1B als ein von der angrenzenden Kanalde ckenwand 3b separater Blendenkörper 11 angedeutet. Die die Kanalfrontblende 11 weist eine dem Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 zugewandte Seite 11a sowie eine dem Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 abgewandte Seite 11b auf. Eine Querschnittskontur 13 der Kanalfront blende 11 (der sich in einer Ebene senkrecht zur Erstreckung der Öffnungsbreite 5b erstreckt, in Fig. 1A und b also in der Y-Z-Ebene) ist beispielhaft sowohl auf der dem Innenraum 9 zu gewandten Seite 1 la als auch auf der dem Innenraum 9 abgewandten Seite 1 lb parabelförmig ausgeführt. Dabei kann die Querschnittskontur 13 spiegelsymmetrisch aber auch (leicht) asymmetrisch ausgebildet sein. Die Frontkanalblende 11 besitzt in Fig. 1 ein parabelähnliches Querschnittsprofil, dessen Vorderseite (die dem Innenraum des Kanalgehäuses abgewandte Seite der Frontkanalblende) ein Zusammenführen des Schutzgasstroms mit einer Art polygo nalen Trichter ermöglicht und somit in Richtung der Erstreckung der Öffnungshöhe (Z-Rich- tung) eine gleichmäßige Beschleunigung des abzuführenden Schutzgases generiert.
In weiteren Ausführungen kann die Querschnittskontur 13 (Oberflächenverlauf) der Kanal frontblende 11 allgemein anders geformt sein, beispielsweise rechteckförmig, trapezförmig, dreiecksförmig oder halbparabelförmig (siehe auch Fig 7). Dabei können sich bestimmte Formgebungen positiv auf eine Verwirbelung, wie in Zusammenhang mit den Figur 5A be schrieben, auswirken (beispielsweise indem definierte Strömungsabrisse erfolgen). Die beispielhaft gezeigte spiegelsymmetrische Parabelfläche des Querschnitts der Frontkanal blende 11 ermöglicht eine induzierte Verwirbelung des Fluides (Ausbildung eines Ablösewir bels) im Innenraum 9, wodurch ein weiterer Strömungswiderstand erzeugt werden kann, der auch entlang der Öffnungsbreite variieren kann.
Der Abstand zwischen der Querschnittskontur 13 und der Kanalbodenwand 3a (also dem der Kanalfrontblende 11 gegenüberliegenden Bereich des Kanalgehäuses 3) kann entlang der Querschnittskontur 13 (in Y-Richtung) variieren. Die Öffnungshöhe 5h bezeichnet dabei den minimalen Abstand zwischen der Querschnittskontur 13 der Kanalfrontblende 11 und dem der Kanalfrontblende 11 gegenüberliegenden Bereich des Kanalgehäuses 3 an einer X-Position (in Fig. 1A und 1B die Kanalbodenwand 3a). Die Absaugöffnung 5 erstreckt sich entlang der Öff nungshöhe 5h und demnach dort, wo der Abstand zwischen der Querschnittskontur 13 der Ka nalfrontblende 11 und dem der Kanalfrontblende 11 gegenüberliegenden Bereich des Kanal gehäuses 3 minimal ist.
Es wird angemerkt, dass eine nach hinten abflachende, beispielsweise "strömungsoptimierte", Rückseite (die dem Innenraum des Kanalgehäuses zugewandte Seite der Frontkanalblende) der Frontkanalblende eine inhomogene Schutzgasströmung (bzw. inhomogene Absauglinie) bewirken kann, da Ablösewirbel fehlen können, die einen Großteil des Druckverlusts generie ren können.
Ausgehend von der Absaugöffnung 5 weitet sich der Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 auf, indem eine Höhe 9h des Innenraums 9 des Kanalgehäuses 3 ausgehend von der Öffnungshöhe 5h zunimmt. Damit ist ein Raum 15 bereitgestellt, in dem während des bestimmungsgemäßen Absaugens des Gases ein Ablösewirbel 17 einer Gasströmung ausbildbar ist (siehe Ablösewir bel 17 in Fig. 5). Die Höhe 9h sowie die maximale Höhe 9h_max des Innenraums 9 des Ka nalgehäuses 3 erstreckt sich dabei in Richtung der Öffnungshöhe 5h der Absaugöffnung 5.
Die Höhe 9h des Innenraums 9 erreicht dabei einen Wert (maximale Höhe 9h_max), der, Fak tor 3-4 , größer ist (insbesondere mindestens 30% größer ist) als die kleinste Öffnungshöhe 5h der Absaugöffnung 5 und insbesondere mindestens so groß ist wie die größte Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5). Beispielsweise ist die maximale Höhe 9h_max dreimal bis vier mal so groß (oder sogar größer) wie eine minimale Öffnungshöhe (in Fig. 1 an der schmalen Seite der Absaugöffnung 5. Beispielsweise beträgt die kleinste Öffnungshöhe 25-30 mm (ohne Leitfinnen) und die maximale Höhe 9h_max im Absaugschacht beträgt ca. 80 mm. Es wird angemerkt, dass bei dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten Beispiel der Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 frei von beidseitig umströmten Leitfinnen ist. (Mit Leitfinnen kann die kleinste Öffnungshöhe beispielsweise etwas geringer z.B. 20 mm sein.)
Hinsichtlich der Anwendung des Absaugkanals bei der generativen Fertigung zeigen die Figu ren 2A bis 2C eine horizontale Schnittansicht sowie zwei vertikale Schnittansichten einer schematischen Fertigungsvorrichtung 21 zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils 23 aus einem Pulver 25. Die Fertigungsvorrichtung 21 weist einen eine Arbeitsfläche 27 bereitstellenden und von Seitenwänden 29, einer Tür 29a sowie einer Deckenwand 31 be grenzten Fertigungsraum 33, eine Strahlquelle 35 zur Erzeugung eines Strahls 35a für die Be strahlung von Pulver 25 in der Arbeitsfläche 27 zum schichtweisen Herstellen des Bauteils 23 und ein Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasstroms 37 auf.
Die Arbeitsfläche 27 umfasst einen kreisförmigen Pulverbettbereich 27a oberhalb einer Sub stratplatte 39, auf der das Bauteil 23 aus Pulver 25 durch schichtweises Verschmelzen des Pul vers 25 mit einem Strahl 35a erzeugt wird. Die Arbeitsfläche 27 kann ferner einen Pulverabla gebereich 27b und einen Pulvervorratsbereich 27c umfassen. Mittels eines Schiebers 41 kann das Pulver vom Pulvervorratsbereich 27c in den Pulverbettbereich 27a und überschüssiges Pulver 25 weiter in den Pulverablagebereich 27b befördert werden.
Das Schutzgassystem umfasst einen Einströmkanal 43, einen erfindungsgemäßen Absaugka nal 1 und eine Niederdruckpumpe 45. Der Schutzgasstrom 37 strömt aus dem in der Tür 29a angeordneten Einströmkanal 43 in den Fertigungsraum 33 ein und wird durch den in einer der Seitenwände 29 (hier die Rückwand bezüglich der Tür 29A) angeordneten Absaugkanal 1 ab geführt. Das Schutzgas wird mittels einer über die Anschlussöffnung 7 und einen Verbin dungskanal 44 fluidisch mit dem Absaugkanal 1 verbundene Niederdruckpumpe 45 aus dem Fertigungsraum 33 abgesaugt. Die Niederdruckpumpe 45 kann dabei als ein Sauggebläse be trieben werden und ist beispielsweise als Radial- oder Seitenkanalverdichter ausgebildet.
Die Öffnungsbreite 5b der spaltförmigen Absaugöffnung 5 erstreckt sich parallel zur Arbeits fläche 27, wobei die Unterkante beispielsweise in einer Höhe von maximal wenigen Millime tern über der Arbeitsfläche 27 angeordnet ist. Der Einströmkanal 43 und der Absaugkanal 1 (insbesondere die Absaugöffnung 5) sind derart angeordnet, dass sich der Schutzgasstrom 37 als ein die Arbeitsfläche 27, insbesondere den Pulverbettbereich 27a, flächig überstreichender Schutzgasstrom 37 ausbildet. Der Schutzgasstrom 37 weist dabei im Bereich der Arbeitsfläche 27, insbesondere im Bereich des Pulverbettbereichs 27a, eine möglichst homogene Massen strom- und Geschwindigkeitsverteilung auf.
Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils eine schematisch räumliche Darstellung eines weiteren beispielhaften Ansaugkanals 1 ‘ einer Fertigungsvorrichtungen, wie er zum Beispiel aus einem Aluminium-Block gefräst werden kann.
Fig. 3 stellt eine Außenansicht der Fertigungsvorrichtung dar; der Absaugkanal 1 ‘, eine einen Fertigungsraum begrenzende Rückwand 29 sowie ein Verbindungskanal 43 sind erkennbar. Ein Kanalgehäuse 3‘ bildet dabei eine (ablösbare) Kanalbodenwand 3a‘ sowie eine dieser ge genüberliegende Kanaldeckelwand 3b ‘, sowie zwei Kanalseitenwände 3c ‘ aus, wobei sich In nenwände der beiden Kanalseitenwände 3c gebogen von einer Absaugöffnung 5‘ in Richtung einer Anschlussöffnung 7‘ erstrecken. Eine Kanalfrontblende 11 ‘ weist eine leicht asymmetri sche parabelförmige Querschnittskontur auf und ist als ein von der angrenzenden Kanalde ckenwand 3b ‘ separater Blendenkörper ausgeführt. Eine separate perspektivische Darstellung des Blendenkörpers 11 ‘ aus Fig. 3 findet sich in Fig. 6.
Fig. 4 stellt eine Innenansicht des Fertigungsraums 33 der in Fig. 3 angedeuteten Fertigungs vorrichtung 21 dar, wobei der Absaugkanal 1‘, die den Fertigungsraum 33 begrenzende Rück wand 29 ‘ sowie eine Arbeitsfläche 27 ‘ erkennbar sind. Zwischen der Kanalfrontblende 11‘, den beiden Kanalseitenwänden 3c ‘ sowie der Kanalbodenwand 3a‘ erstreckt sich die spaltför mige Ab Säugöffnung 5‘.
Wie in Fig. 3 angedeutet sind die Kanaldeckelwand 3b ‘ sowie die beiden Kanalseitenwände 3c ‘ einstückig ausgeführt und werden beispielsweise durch Herausfräsen aus einem Alumini umblock gefertigt. Dadurch, dass der Innenraum 9‘ des Kanalgehäuses 3‘ frei von beidseitig umströmten Leitfinnen ist, lassen sich der Fräsvorgang vereinfachen und somit die Produkti onskosten senken.
Um zu verdeutlichen, dass optional Leitfinnen 47 im Innenraum 9‘ des Kanalgehäuses 3‘ vor gesehen sein können, sind im Absaugkanal 1 ‘ in Fig. 4 zusätzlich im Innenraum 9‘ des Kanal gehäuses 3 ‘ zwei beidseitig umströmte Leitfinnen 47 gestrichelt eingezeichnet. Die beiden Leitfinnen 47 erstrecken sich gebogen von der Absaugöffnung 5‘ in Richtung der Anschluss öffnung 7‘.
Fig. 5A zeigt eine schematische teilweise Schnittansicht einer Fertigungsvorrichtung 21 im zentralen Bereich der spaltförmigen Absaugöffnung 5 zur Illustration der Gasströmungen, die sich im Fertigungsraum 33 im Bereich der Arbeitsfläche 27 vor dem Absaugkanal 1 ausbilden (hier der Schutzgasstroms 37) sowie die Strömungskonfiguration im Absaugkanal 1 mit einem Ablösewirbel 17. Das Kanalgehäuse 3 ist derart ausgebildet, dass sich im Bereich der Arbeits fläche 27 die Schutzgasströmung 37 mit homogenen Massenstrom- und Geschwindigkeitsver teilungen ausbildet. Dies wird zumindest teilweise durch den im Innenraum 9 des Kanalge häuses 3 ausgebildeten Ablösewirbel 17 ermöglicht, der sich unterschiedlich stark entlang der spaltförmigen und in der Höhe variierenden Absaugöffnung 5 ausbildet.
Fig. 5B zeigt zwei Kurven Kl, K2 von Strömungsgeschwindigkeitsverläufen innerhalb des Schutzgasstroms 37 entlang einer (in Fig. 5A angedeuteten) parallel zur Erstreckung der Öff nungsbreite (Öffnungsbreite 5b in Fig. 1A und somit senkrecht zur Zeichnungsebene) im Be reich der Arbeitsfläche 27 verlaufenden Messgerade M. Die X-Achse markiert dabei die Posi tion entlang der Messgeraden M (d.h. entlang der Absaugöffnung 5), wobei der Ursprung der X-Achse beispielsweise die Mitte der Öffnungsbreite der Absaugöffnung 5 in Fig. 1A mar kiert. Die Anschlussöffnung 7 befindet sich im Bereich der negativen X-Achse, die Absau gung des Schutzgases aus dem Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 erfolgt demnach in Fig. 5A in die Zeichnungsebene hinein. Die V-Achse zeigt die am jeweiligen Ort der Messgerade M simulierten Werte der Strömungsgeschwindigkeit an (beispielhaft im Bereich von 1 m/s).
Die erste Kurve Kl zeigt dabei einen Strömungsgeschwindigkeitsverlauf, der sich ergibt, wenn der in Fig. 5A dargestellte Absaugkanal 1 mit Frontkanalblende 11 zum Einsatz kommt.
Die zweite Kurve K2 hingegen zeigt einen Strömungsgeschwindigkeitsverlauf, der sich ein stellt, wenn der (ansonsten identische) Absaugkanal 1 ohne Frontkanalblende 11 zum Einsatz kommen würde.
Es zeigt sich im Verlauf der Kurve K2, dass mit zunehmendem Abstand zur Anschlussöff nung 7 die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, wogegen die Abnahme bei der Kurve Kl we sentlich reduziert ist. Im Vergleich beider Kurven Kl, K2 wird deutlich, dass durch die im Absaugkanal 1 angeord nete Frontkanalblende 11, der Strömungsgeschwindigkeitsverlauf entlang der Messlinie M, also im Bereich der Arbeitsfläche 27, vergleichmäßigt werden kann. Die Ausbildung eines ho mogenen Schutzgasstrom 37 wird somit befördert. Zudem wird ersichtlich, dass durch den Einsatz der Frontkanalblende 11 in weiten Teilen höhere Absauggeschwindigkeiten (Strö mungsgeschwindigkeiten) realisiert werden können; dadurch kann die An- und Ablagerung von Schmauch und Partikeln im bzw. vor dem Absaugkanal 1 verhindert werden.
Fig. 7 zeigt in einer vertikalen Schnittansicht den Bereich der Absaugöffnung 5 einer weiteren Ausführungsform eines Absaugkanals. Eine Frontkanalblende 11“ ist dabei nicht durch eine feste Bauteilgeometrie, sondern als eine verformbare Frontkanalblende 11“ aus einem flexib len Werkstoff (z.B. Federblech) ausgeführt. Die Frontkanalblende 11“ ist dabei mittels geeig neter Befestigungsmittel 49 einseitig (an ihrem einem Innenraum 9 abgewandten Ende des Absaugkanals) mit einer Kanaldeckenwand 3b fest verbunden. Die Frontkanalblende 11“ kann mit Hilfe von Abstandshaltem 51, die beispielsweise an den Kanalseitenwänden 3c so wie evtl an Positionen entlang der Absaugöffnung angeordnet sind, in dem Kanalgehäuse 3 eingespannt werden, um so der Frontkanalblende 11 “eine gewünschte Form und Quer schnittskontur 13 aufzuzwingen sowie den Verlauf der Unterkante in X-Richtung festzulegen.
Zwei derartige Abstandshalter 51 sind beispielhaft gestrichelt in Fig. 8 dargestellt.
Zusätzlich bezugnehmend auf Fig. 1 kann die Querschnittskontur 13 der Kanalfrontblende 11“ und die Öffnungshöhe 5h der Absaugöffnung 5 somit über eine entsprechende Anpas sung der Höhe der Abstandshalter 51 eingestellt werden. Die Kanalfrontblende 11“ kann da bei in ihrer Querschnittskontur 13 nur eine strömungsführende Vorderseite ausbilden oder auch eine strömungsführende und einen Abriss definierende Rückseite umfassen. Beispiels weise ist in Fig. 7 sowohl die Form einer als beidseitigen näherungsweisen Parabelform mit zwei Parabelzweigen (dies entspricht einer Querschnittskontur 13 inklusive des gestrichelt ge zeichneten Bereichs) als auch als halbe Parabel mit nur einem Parabelzweig (dies entspricht einer Querschnittskontur 13 ohne den gestrichelt gezeichneten Bereich) ausgeführt sein. Fig. 8 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines spiegelsymmetrisch ausgebildeten Absaugkanals 1 der eine Gasabfuhr aus dem Innenraum an zwei Seiten erlaubt. Der Ab saugkanal 1“ umfasst ein einen Innenraum 9 begrenzendes (hammerförmiges) Kanalgehäuse 3, eine im Kanalgehäuse 3 angeordnete spaltförmige Absaugöffnung 5“ sowie zwei bezogen auf die Absaugöffnung 5“ jeweils seitlich im Kanalgehäuse 3 angeordnete, einander gegen überliegende Anschlussöffnungen 7_1, 7_2.
Die in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung 5“ weist eine Öffnungsbreite 5b und eine Öffnungshöhe 5h auf. Die Öffnungshöhe 5h nimmt innerhalb zweier Abschnitte Al, A2 der Öffnungsbreite 5b mit zunehmendem Abstand von der dem jeweiligen Abschnitt Al, A2 näherliegenden Anschlussöffnung 7_1, 7_2 entlang der Öffnungsbreite 5b zu.
Die Öffnungshöhe 5h variiert entlang der Öffnungsbreite 5b und ist an den beiden, die Öff nungsbreite 5b begrenzenden seitlichen Rändern RI, R2 der Absaugöffnung 5“ geringer als in einem sich zwischen den beiden seitlichen Rändern RI, R2 erstreckenden Innenbereich I der Absaugöffnung 5“. Die Öffnungshöhe 5h variiert dabei innerhalb der Abschnitte Al, A2 kon tinuierlich linear entlang der Öffnungsbreite 5b spiegelsymmetrisch.
Alternativ oder zusätzlich zu den beidseitig angeordneten Anschlussöffnungen 7_1, 7_2 kann die Aufweitung des Kanalgehäuses nach oben (wie in Fig. 1A) und/oder auch nach unten vor genommen werden, beispielsweise mit zwei symmetrischen oder unterschiedlich groß in Z- Richtung ausgebildeten Frontkanalblenden.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. Bezugszeichenliste
Absaugkanal 1 Fertigungsraum 33 Fertigungsvorrichtung 21 Kanalgehäuse 3 Kanalbodenwand 3 a Kanaldeckelwand 3b Kanalseitenwände 3c spaltförmige Ab Säugöffnung 5 Anschlussöffnung 7, 7_1, 7_2 Öffnungshöhe 5h Öffnungsbreite 5b Innenraum des Kanalgehäuses 9 Höhe des Innenraums 9h Kanalfrontblende 11 Blendenkörper 11 dem Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 zugewandte Seite 11a dem Innenraum 9 des Kanalgehäuses 3 abgewandte Seite 1 lb
Querschnittskontur der Kanalfrontblende 13
Raum 15 im Innenraum 9
Ablösewirbel 17
Leitfinne 47 dreidimensionales Bauteil 23 Pulver 25 Arbeitsfläche 27 Seitenwände 29 Tür 29a
Deckenwand 31 Strahlquelle 35 Strahl 35a Schutzgassystem Schutzgasstrom 37 Substratplatte 39 Schieber 41 Einströmkanal 43 Verbindungskanal 44 Niederdruckpumpe, Sauggebläse 45 Leitfinne 47 Messgerade M Erste Kurve Kl Zweite Kurve K2 Befestigungsmittel 49 Abstandshalter 51
Seitliche Ränder RI, R2
Abschnitte Al, A2
Innenbereich I der Absaugöffnung 5

Claims

Patentansprüche
1. Absaugkanal (1) zum Ab saugen eines Gases aus einem an den Absaugkanal (1) an grenzenden Volumen, insbesondere einem Fertigungsraum (33) einer Fertigungsvorrichtung (21), mit:
- einem Kanalgehäuse (3), welches einen Innenraum (9) begrenzt,
- einer im Kanalgehäuse (3) angeordneten in Form eines länglichen Spalts ausgeführten Ab saugöffnung (5), und
- einer bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung (5) seitlich im Kanalgehäuse (3) angeordneten Anschlussöffnung (7) zur Gasabfuhr aus dem Innenraum (9), wobei
- die in Form eines länglichen Spalts ausgeführte Absaugöffnung (5) eine Öffnungsbreite (5b) und eine Öffnungshöhe (5h) aufweist, und die Öffnungshöhe (5h) innerhalb mindestens eines Abschnittes (Al, A2) der Öffnungsbreite (5b) mit zunehmendem Abstand von der Anschluss öffnung (7) entlang der Öffnungsbreite (5b) zunimmt.
2. Absaugkanal (1) nach Anspruch 1, wobei der Absaugkanal (1) genau eine bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung (5) seitlich im Kanalgehäuse (3) angeordnete An- schlussöffnung (7) aufweist und die Öffnungshöhe (5h) mit zunehmendem Abstand von der Anschlussöffnung (7) entlang der gesamten Öffnungsbreite (5b) zunimmt.
3. Absaugkanal (1) nach Anspruch 1, wobei der Absaugkanal (1) zwei bezogen auf den länglichen Spalt der Absaugöffnung (5) seitlich im Kanalgehäuse (3) angeordnete, insbeson dere einander gegenüberliegende oder in gegenüberliegenden Bereichen angeordnete, An- schlussöffnungen (7_1, 7_2) aufweist und die Öffnungshöhe (5h) innerhalb zweier Abschnitte (Al, A2) der Öffnungsbreite (5b) mit zunehmendem Abstand von der dem jeweiligen Ab schnitt (Al, A2) näherliegenden Anschlussöffnung (7_1, 7_2) entlang der Öffnungsbreite (5b) zunimmt.
4. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungshöhe (5h) innerhalb des jeweiligen Abschnitts (Al, A2) der Öffnungsbreite (5b) kontinuierlich ent lang der Öffnungsbreite (5b), insbesondere linear oder polygonal, zunimmt.
5. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Öffnungshöhe (5h) im Bereich von 1 mm bis 150 mm, insbesondere 5 mm bis 50 mm, liegt, und/oder
- die Öffnungsbreite (5b) im Bereich von 50 mm bis 3000 mm, insbesondere 100 mm bis 1000 mm, liegt, und/oder
- das Verhältnis aus der Zunahme der Öffnungshöhe (5h) entlang der Öffnungsbreite (5b) und der Öffnungsbreite (5b) im Bereich von 0,005 bis 0,5, insbesondere 0,01 bis 0,1, liegt.
6. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ausgehend von der Absaugöffnung (5) der Innenraum (9) des Kanalgehäuses (3) aufweitet.
7. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenraum (9) des Kanalgehäuses (3) einen Raum (15) bereitgestellt, in dem während des bestimmungsge mäßen Absaugens des Gases ein Ablösewirbel (17) einer Gasströmung ausbildbar ist.
8. Ansaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Innen raum (9) des Kanalgehäuses (3) ausgehend von der Absaugöffnung (5) aufweitet, indem eine Höhe (9h) des Innenraums (9) des Kanalgehäuses (3) ausgehend von der Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5) zunimmt und die Höhe (9h) des Innenraums (9) dabei einen Wert er reicht, der mindestens 30 % größer ist als die kleinste Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5), und insbesondere mindestens so groß ist wie die größte Öffnungshöhe (5h) der Absau göffnung (5) oder insbesondere dreimal bis viermal so groß ist wie die kleinste Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5) und wobei das Kanalgehäuse (3) insbesondere einen Absaug schacht mit einer konstanten maximalen Höhe (9h_max) des Innenraums (9) ausbildet .
9. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kanalgehäuse eine Kanalfrontblende (11) umfasst und die Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5) auf mindestens einer Längsseite durch die Kanalfrontblende (11) begrenzt ist.
10. Absaugkanal (1) nach Anspruch 9, wobei die Kanalfrontblende (11) eine dem Innen raum (9) des Kanalgehäuses (3) zugewandte Seite (11a) sowie eine dem Innenraum (9) des Kanalgehäuses (3) abgewandte Seite (11b) aufweist und eine Querschnittskontur (13) der Ka nalfrontblende (11) auf der dem Innenraum (9) zugewandten Seite (11a) und/oder der dem In nenraum (9) abgewandten Seite (11b) gekrümmt ausgeführt ist.
11. Absaugkanal (1) nach Anspruch 10, wobei die Querschnittskontur (13) der Kanalfront blende (11) spiegelsymmetrisch, insbesondere als Parabel mit zwei zueinander spiegelsym metrischen Parabelzweigen, oder asymmetrisch, insbesondere als Parabel mit zwei zueinander asymmetrischen Parabelzweigen, insbesondere eckig oder abgerundet, ausgeführt ist.
12. Absaugkanal (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Kanalfrontblende (11) einstückig mit dem übrigen Kanalgehäuse (3) ausgeführt ist oder als ein vom übrigen Kanal gehäuse (3) separater Blendenkörper (11) ausgeführt ist.
13. Absaugkanal (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Querschnittskontur (13) der Kanalfrontblende (11) und/oder die Öffnungshöhe (5h) der Absaugöffnung (5) ein stellbar ist.
14. Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenraum (9) des Kanalgehäuses (3) frei von beidseitig umströmten Leitfinnen (47) ist.
15. Absaugkanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei im Innenraum (9) des Ka nalgehäuses (3) mindestens eine beidseitig umströmte Leitfinne (47) vorgesehen ist, die sich aus dem Bereich der Absaugöffnung (5) in Richtung der Anschlussöffnung (7) erstreckt.
16. Fertigungsvorrichtung (21) zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils (23) aus einem Pulver (25) mit einem eine Arbeitsfläche (27) bereitstellenden und von Seiten wänden (29) sowie einer Deckenwand (31) begrenzten Fertigungsraum (33), einer Strahl quelle (35) zur Erzeugung eines Strahls (35a) für die Bestrahlung von Pulver (25) in der Ar beitsfläche (27) zum schichtweisen Herstellen des Bauteils (23) und einem Schutzgassystem zum Bereitstellen eines Schutzgasstroms (37), wobei das Schutzgassystem einen Einströmkanal (43), einen Absaugkanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Niederdruckpumpe (45) umfasst und der Schutzgasstrom (37) aus dem Einströmkanal (43) in den Fertigungsraum (33) einströmt und durch den Ab saugkanal (1) mittels der über die Anschlussöffnung (7) oder die beiden Anschlussöffnungen (7_1, 7_2) fluidisch mit dem Absaugkanal (1) verbundene Niederdruckpumpe (45) aus dem Fertigungsraum (33) abgesaugt wird.
17. Fertigungsvorrichtung (21) nach Anspruch 16, wobei sich die Öffnungsbreite (5b) der spaltförmigen Absaugöffnung (5) parallel zur Arbeitsfläche (27) erstreckt und der Einström- kanal (43) und der Absaugkanal (1) derart angeordnet sind, dass sich der Schutzgasstrom (37) als ein die Arbeitsfläche (27) flächig überstreichender Schutzgasstrom (37) ausbildet.
18. Fertigungsvorrichtung (21) nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Absaugkanal (1) in oder an einer der Seitenwände (29) oder der Deckenwand (31) angeordnet ist.
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