EP4168154A1

EP4168154A1 - Filtereinrichtung für eine additive fertigungsvorrichtung

Info

Publication number: EP4168154A1
Application number: EP21731718.9A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Kleinhans; Philip STRÖBEL
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2023-04-26
Also published as: WO2021254783A1; DE102020116030A1; CN115697523A; US20230264263A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung (100) für eine additive Fertigungsvorrichtung (1) zur Aufreinigung eines Prozessgases (50) der additiven Fertigungsvorrichtung (1), wobei die Filtereinrichtung (100) zur Aufreinigung eines Volumens von Prozessgas (50) im Betrieb zumindest einen Permanentfilter (41) aufweist, und wobei der Permanentfilter (41) temperaturbeständig so ausgebildet ist, dass eine Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters (41) im Betrieb höher als 110 °C ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur additiven Fertigung.

Description

Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrich tung, eine additive Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Filtereinrichtung, sowie ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils.

Bei der Herstellung von Prototypen und inzwischen auch in der Serienfertigung werden additive Fertigungsprozesse immer relevanter. Im Allgemeinen sind unter „additiven Ferti gungsprozessen“ solche Fertigungsprozesse zu verstehen, bei denen, in der Regel auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten, durch das Anlagern von Material ein Ferti gungsprodukt bzw. Bauteil aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgt meist dadurch, dass ein Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht und selektiv verfestigt wird. Als ein Synonym für die additive Fertigung wird häufig auch der Begriff „3D-Druck“ verwendet, die Herstellung von Modellen, Mustern und Prototypen mit additiven Fertigungsprozessen wird oft als „Rapid Prototyping“ und die Herstellung von Werkzeugen als „Rapid Tooling“ bezeichnet.

Die selektive Verfestigung des Aufbaumaterials erfolgt oftmals dadurch, dass wiederholt dünne Schichten des meist pulverförmigen Aufbaumaterials übereinander aufgebracht und durch räumlich begrenztes Bestrahlen, z. B. mittels Licht- und/oder Wärmestrahlung, an den Stellen verfestigt wird, die nach der Fertigung zum herzustellenden Fertigungspro dukt gehören sollen. Beispiele für mit einer Bestrahlung arbeitende Verfahren sind das „selektive Lasersintern“ oder „selektive Laserschmelzen“. Die Pulverkörner des Aufbau materials werden im Zuge des Verfestigens mit Hilfe der durch die Strahlung an dieser Stelle lokal eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen. Nach einer Abkühlung sind diese Pulverkörner dann miteinander in Form eines Festkörpers mitei nander verbunden.

Bei einer solchen Herstellung ist es häufig erforderlich, dass ein Prozessgas zu Kühl- oder Abführungszwecken (insbesondere mit einem Gebläse) durch die Prozesskammer gelei tet wird. Das austretende Prozessgas führt dabei in der Regel Partikel des Aufbaumateri als und/oder bei dem Prozess entstehende Partikel mit, insbesondere Metallkondensate bei Verwendung metallischer Aufbaumaterialen, die zum Teil hoch reaktiv sind und bereits bei Raumtemperatur mit geringen Mengen von Luftsauerstoff unter starker Wärmefreiset zung reagieren können. Um eine Kontamination des Prozessgases mit den Partikeln zu verhindern, beispielsweise um einer schleichenden Verschmutzung der Prozesskammer und/oder des Gebläses ent gegen zu wirken, ist es notwendig, das Prozessgas nach dem Austritt aus der Prozess kammer zu filtern. Durch die hohe Reaktivität der Partikel kann es jedoch im Bereich von Filtern, an denen sich die in dem Prozessgas mitgeführten Partikel ansammeln, zu unkon trollierten Filterbränden oder Staubexplosionen kommen. Dieses Risiko besteht verstärkt, wenn beispielsweise eine entsprechende Filterkammer zum Wechsel des oder der Filter geöffnet wird, wodurch sich eine Reaktionswahrscheinlichkeit durch die damit verbundene vermehrte Zufuhr von Oxidationsmittel, beispielsweise Luftsauerstoff erhöht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte bzw. alternative Filter einrichtung bzw. eine mit einem Filter versehene Fertigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Filterentnahme bei einem Filtertausch bei einer additiven Ferti gungsvorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 1, eine entsprechende additive Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 10, und durch ein Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 11 gelöst.

Die Erfindung befasst sich dabei mit dem Gebiet der additiven Fertigung, bei der diese Fertigung in einer (geschlossenen) Prozesskammer erfolgt, durch die ein Prozessgas geleitet wird, welches im Anschluss gefiltert wird. Als Prozessgas wird hier das aus einer Prozesskammer abgeführte, insbesondere abgesaugte, Gas verstanden, das je nach Herstellprozess auch ein Inertgas sein oder dieses umfassen kann. In dem Prozessgas können sowohl unverfestigte Anteile eines Aufbaumaterials sowie Prozessnebenprodukte, wie Kondensate, beispielsweise Metallkondensate, enthalten sein. Derartige im Prozess gas mitgeführte Bestandteile werden unter dem Begriff „Partikel“ zusammengefasst.

Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung dient zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung. Die Filtereinrich tung weist zur Aufreinigung eines Volumens von Prozessgas im Betrieb zumindest einen (formstabilen) Permanentfilter auf, welcher temperaturbeständig, vorzugsweise abbrand beständig, so ausgebildet ist, dass eine Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters im Betrieb höher als 110 °C vorliegt. Als Permanentfilter (oder „Dauerfilter“) werden im Sinne der Erfindung Filter verstanden, welche im Gegensatz zu üblichen Filtermodellen vielfach (über viele Zyklen hinweg) und/oder dauerhaft im Betrieb der additiven Fertigungsvorrichtung verbleiben können. Dazu wird ein Permanentfilter nach einer gewissen Zeit gereinigt, also das Filtrat ent nommen oder abgestoßen und damit Filtrat aus den Filterporen bzw. dem Filtermaterial und/oder ein auf dem Filter aufliegender Filterkuchen entfernt. Ein Permanentfilter muss ein Filtermaterial enthalten, welches eine so hohe mechanische Festigkeit aufweist, dass es bei einer bestimmungsgemäßen Reinigung nicht zerstört oder beschädigt wird. Ein Beispiel für einen Permanentfilter ist ein (bzw. umfasst einen) Metallfilter mit einem Me tallgitter oder Metallsieb als Filtermaterial oder ein Filter mit einem Filtermedium aus Glaswolle oder Keramik. Insbesondere ist ein Filter mit einem Polyestergewebe nicht als Permanentfilter anzusehen, zumindest sofern dieses keine ausreichende mechanische und thermische Beständigkeit aufweist. Der Vorteil eines Permanentfilters ist, dass eine Brandgefahr durch Erhitzen von staubförmigem Filtrat deutlich reduziert wird, einerseits durch die in der Regel vergleichsweise gute Wärmeleitung des Filtermaterials und ande rerseits dadurch, dass ein Permanentfilter nicht ausgewechselt werden muss und dessen Reinigung unter klar definierten, inerten Bedingungen durchgeführt werden kann. Eine Reinigung kann z. B. dadurch erfolgen, dass ein Druckstoß entgegen der Prozessgasrich tung erfolgt, z. B. mit einem Inertgas wie Stickstoff, und dadurch die Poren verstopfendes Filtrat und/oder ein auf dem Filter aufliegender Filterkuchen vom Filter entfernt wird und in einen Behälter fallen kann. Die gute Wärmeleitung des Permanentfilters wirkt sich vor allem dann positiv aus, wenn es durch das Eindringen von Oxidationsmittel, beispielswei se Sauerstoff, aufgrund von vorhandenen Undichtigkeiten in einem System und/oder bei einem Filterwechsel und/oder beim Öffnen der Prozesskammer, zu Reaktionen kommen kann.

Eine erfindungsgemäße additive Fertigungsvorrichtung zur Fertigung eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess umfasst einen Prozessraum, eine Zuführeinrichtung zum schichtweisen Einbringen eines Aufbaumaterials in den Prozessraum, eine Bestrah lungseinheit zur selektiven Verfestigung von Aufbaumaterial im Prozessraum und eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines (aus dem Prozessraum aus tretenden) Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem additi ven Fertigungsprozess mittels einer additiven Fertigungsvorrichtung umfasst die folgen den Schritte: - Einbringen zumindest einer Schicht eines Aufbaumaterials in einen Prozessraum der Fertigungsvorrichtung,

- selektive Verfestigung des Aufbaumaterials im Prozessraum mittels einer Bestrahlungs einheit und

- Aufreinigung eines (aus dem Prozessraum austretenden und insbesondere in einem geschlossenen Kreislauf bewegten) Volumens eines Prozessgases der additiven Ferti gungsvorrichtung mittels einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung.

Erfindungsgemäß ist auch eine Verwendung eines Permanentfilters zur Aufreinigung von Prozessgas in einer Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung, vorzugswei se zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung.

Erfindungsgemäß ist auch ein Permanentfilter ausgelegt zur Aufreinigung von Prozessgas in einer Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung, vorzugsweise zur Aufrei nigung von Prozessgas in einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den ab hängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie wei tergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Aus führungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombi niert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter temperaturbeständig so ausgebildet, dass eine Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters höher als 150 °C, vorzugsweise höher als 250 °C, bevorzugt höher als 350 °C, besonders bevorzugt höher als 500 °C ist.

Entsprechend erfolgt die Aufreinigung von Prozessgas gemäß einem bevorzugten Verfah ren zur additiven Fertigung bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 40°C, bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 110 °C, vorzugsweise bei einer Prozess gastemperatur von mehr als 150 °C, bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 200 °C, besonders bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 250 °C, insbesondere bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 300 °C.

Die Prozessgastemperatur liegt bevorzugt im Bereich von 40 °C bis 60 °C. Eine höhere Prozessgastemperatur ist jedoch auch denkbar. Je nach Art des Aufbaumaterials und der Filter liegt ein bevorzugter Temperaturbereich zwischen 0 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 40 °C bis 250 °C oder gar zwischen 60°C und 100 °C. Die Temperaturbestän digkeit des Permanentfilters muss dabei jeweils höher als die Prozessgastemperatur sein.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter formstabil in einer Wei se ausgebildet, dass eine Arbeitszeit des Permanentfilters im Betrieb der Filtereinrichtung im Wesentlichen konstant ist. Mit der Arbeitszeit ist die Zeit zwischen notwendigen Reini gungen des Filters gemeint, also die Zeit, in der der Filter bestimmungsgemäß seine Auf gabe wahrnehmen kann. Bei einem handelsüblichen Filter würde dies der Standzeit ent sprechen, also der Zeit bis der Filter nach einigen, beispielsweise 200, Abreinigungen ausgetauscht werden muss. Da bei einem Permanentfilter im Grunde kein Austausch er folgen muss, wird hier von der Arbeitszeit gesprochen.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung umfasst der Permanentfilter einen Metallfilter, wobei der Metallfilter bevorzugt aus zumindest einem Stahl, insbesondere korrosionsbe ständigen Stahl, ausgebildet ist und/oder aus einer Nickelbasislegierung und/oder aus Kupfer und/oder aus Mischungen oder Legierungen daraus. Ein bevorzugter korrosions beständiger Stahl ist Edelstahl. Vorteil eines Metallfilters ist die gute Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit und die vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit, welche eine spontane Entzündung des Kondensats verhindert und/oder dieser besser standhält be ziehungsweise verlangsamt. Eine Korrosionsbeständigkeit ist von Vorteil, da man in die sem Falle den Filter aufheizen und das Filtrat kontrolliert oxidieren kann. Weitere Vorteile eines Metallfilters sind eine hohe Festigkeit / Eigensteifigkeit, die die grundsätzliche Funk tion des Permanentfilters unterstützt und zu einer hohen Lebensdauer auch bei vielen Abreinigungen (vielen Druckstößen) führt, eine glatte Oberflächenstruktur, die eine leichte Reinigung wegen der nur losen Anhaftung des Filterkuchens erlaubt, eine hohe Abriebfes tigkeit sowie keine Partikelablösung. Zudem erlaubt ein Metallfilter einen guten Durch fluss, was zu einem geringen Druckverlust über den Filter führt und der Filter dadurch stärker belegt werden kann, verglichen mit anderen Filtergeweben, die hohe Druckverlus te (geringe Durchflüsse) aufweisen. Auch hat ein Metallfilter eine chemische und thermi sche Beständigkeit, wodurch eine Brandgefahr deutlich reduziert wird. Zudem wäre auch ein Betrieb bei höheren Gastemperaturen (größer als 500 °C oder gar größer als 800 °C) denkbar. Bevorzugt hat der Metallfilter eine definierte, insbesondere regelmäßige Anord nung der Filterporen und ist bevorzugt aus einem geflochtenen Gewebe oder einer ge lochten Platte oder einem Gitter gefertigt. Bevorzugt ist auch eine enge Porengrößenver teilung mit mehr als 50 Poren pro qcm, insbesondere mehr als 100 Poren pro qcm.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung umfasst der Permanentfilter einen Keramikfil ter und/oder einen Glaswolle-Filter alternativ oder in Ergänzung zu einem Metallfilter. Eine Mischung unterschiedlicher Filter-Typen (also Metallfilter, Keramikfilter und Glaswolle- Filter) ist je nach Anwendung bevorzugt. Hierdurch könnte z. B. die gute Wärmeleitfähig keit eines Metallfilters mit Vorteilen eines Keramik- oder Glaswolle-Filters kombiniert wer den. Beispielsweise können unterschiedliche Filter-Stufen in einem Filter ausgebildet werden.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung beträgt eine Maschenweite (bzw. Porengröße) eines Filtermaterials des Permanentfilters nicht mehr als 30 pm, vorzugsweise nicht mehr als 20 pm, bevorzugt nicht mehr als 8 pm. Bevorzugt beträgt dabei die Maschenweite (bzw. Porengröße) wenigstens 0,5 pm, vorzugsweise wenigstens 1 pm, bevorzugt we nigstens 2 pm, besonders bevorzugt 3 pm. Hier sollte beachtet werden, dass eine zu gro ße Maschenweite in einer unzureichenden Filtrierung resultiert. Ist sie zu klein, dann sind die Druckverluste zu groß und der Gasstrom durch den Filter ist nicht mehr ausreichend.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung weist der Permanentfilter Filterstrukturen mit einem bevorzugten Durchmesser zwischen 1 pm und 1000 pm auf.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung beträgt ein (Draht-)Durchmesser von Fasern, welche ein Filtermaterial des Permanentfilters bilden, weniger als 100 pm, vorzugsweise weniger als 50 pm, bevorzugt weniger als 20pm insbesondere weniger als 10 pm, beson ders bevorzugt weniger als 5 pm. Der Durchmesser ist dabei jedoch bevorzugt größer als 1 pm.

Umfasst der Metallfilter ein Gitter aus Metalldrähten, so sind je nach Anwendung Metall drahtdurchmesser von mindestens 1 pm bevorzugt, jedoch bevorzugt dünner als 100 pm. Bevorzugt liegen Metalldrähte mit den vorangehend genannten bevorzugten Maßen für Fasern vor. Der Permanentfilter kann zusätzlich eine Stützstruktur umfassen, welche dazu ausgelegt ist, den Permanentfilter (insbesondere dessen Filterfläche) zu stützen, in Form zu halten und/oder die mechanische Festigkeit des Filtermaterials zu erhöhen. Insbesondere bei einer Reinigung eines Permanentfilters mittels eines Druckstoßes ist eine solche Stütz struktur von Vorteil. Selbstverständlich darf eine solche Stützstruktur die Funktion eines Filters nicht wesentlich verschlechtern. Daher ist die Stützstruktur bevorzugt wie ein Gitter oder ein Sieb aufgebaut, z. B. in Form eines Drahtgitters oder einem gelochten flächigen Element, z. B. einem Lochblech. Umfasst eine Stützstruktur Drähte, so sind diese bevor zugt dicker als die Fasern/Drähte des Filtermaterials und haben bevorzugt eine Dicke von mehr als 100 pm, bevorzugt mehr als 200 pm, jedoch bevorzugt weniger als 1000 pm, insbesondere weniger als 700 pm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Stützstruktur parallel zum Filter material des Permanentfilters und verläuft bevorzugt zumindest in einem Teilbereich auf dessen Schmutzgasseite und/oder auf dessen Reingasseite. Weil auf der Schmutzgassei te auch mit einer Verschmutzung der Stützstruktur gerechnet werden muss, aber auch für einen besseren Gasdurchlass hat diese bevorzugt eine Gitterstruktur mit einer Maschen weite größer als 1 mm.

Die Stützstruktur kann aber auch im Filtermaterial integriert sein, vorzugsweise in Form von verstärkten oder stärkeren Elementen des Filtermaterials. Bevorzugt ist diesbezüglich ein Filtermaterial, welches eine Stützstruktur aus parallel oder gitterartig angeordneten Drähten umfasst, z. B. ein zylinderförmiger Filter, der in seiner Mantelfläche Ringe aus Drähten der Stützstruktur umfasst oder ein plissierter Filter mit sternförmigen Drähten der Stützstruktur. Bevorzugt ist auch ein Gitter aus parallelen (Kett-) Drähten in einer Richtung und mit diesen verwobenen (Schuss-)Drähten orthogonal oder schräg dazu verlaufend. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest einige (Kett-)Drähte Drähte der Stützstruktur (bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm), wobei zwi schen diesen (Kett-) Drähten dünnere (Kett-)Drähte des Filtermaterials verlaufen (bevor zugt mit einer Dicke zwischen 1 pm und 100 pm). Die (Schuss-)Drähte sind dann bevor zugt Drähte des Filtermaterials, wobei besonders bevorzugt auch einige (Schuss-)Drähte Drähte der Stützstruktur sein können. Auf diese Weise bildet die Stützstruktur ein grobes Gitter, in dem als feineres Gitter das Filtermaterial hineingewoben ist.

Vorzugsweise ist ein Permanentfilter so ausgestaltet, dass er eine ausreichende Filtration bei einer Filterflächenbelastung zwischen 0,2 m/min und 1,3 m/min (Volumenstrom / Fil- terfläche) hat. Was die Filterflächenbelastung durch das Prozessgas betrifft, ist ein niedri gerer Wert vorteilhaft gegenüber einem höheren Wert. Zu niedrige Werte bedeuten je doch, dass Filterfläche ungenützt verbleibt und damit unnötige Kosten. Daher ist im Be trieb eine Filterflächenbelastung von 0,2 bis 1 ,3 m/min bevorzugt, vorzugsweise kleiner als 0,8 m/min, weiter bevorzugt kleiner 0,6 m/min.

Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Permanentfilters, zumindest dessen Filterma terials, insbesondere die der Drähte oder Fasern eines Geflechts, größer als 0,5 W/(m - K), insbesondere größer als 10 W/(m - K), besonders bevorzugt größer als 20 W/(m · K). Dies hat den Vorteil, dass die Gefahr eines Brandes von Filtrat durch die rasche Ableitung von lokaler Wärme vermindert wird. Da z. B. bei einem Polyesterfilter die Wär meableitung nicht sehr gut ist, findet eine Entzündung bereits bei niedrigeren Temperatu ren statt als bei einem solchen Permanentfilter.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung mit einem Fasergewebe ist die Flechtung re gelmäßig und/oder chaotisch. Vorteil einer solchen Konstruktion ist ein robuster Aufbau, eine geringe Schädigung bei der Abreinigung und daher eine besonders gute Langlebig keit.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung weist eine in Kontakt mit dem aufzureinigen den Prozessgas tretende Schmutzgasseite des Permanentfilters zumindest bereichsweise eine, vorzugsweise mäanderartig, plissierte Oberfläche auf. Dabei ist vorzugsweise, zur Ausbildung einer plissierten Oberfläche der Schmutzgasseite, eine Anzahl von Falten in der Oberfläche angeordnet. Besonders bevorzugt sind dabei die Falten zur Plissierung Faltungen in einem durchgängigen Gewebe. Alternativ sind die Falten bevorzugt mitei nander verschweißt und/oder verklebt. Das Außengewebe ist also bezüglich dieser be vorzugten Ausführungsform plissiert und nicht in Rundungen gebogen (auch wenn dies bei anderen Anwendungen durchaus bevorzugt sein kann). Ein Plissieren erhöht die Fil terfläche bei gleichem Volumen deutlich, z. B. um den Faktor 2 bis 3. Es besteht darüber hinaus ein nicht linearer Zusammenhang zwischen Filterfläche und Standzeit. Eine Ver dopplung der Filterfläche (z. B. durch Plissierung) kann zu 4- bis 8-fach längeren Stand zeiten führen. Bevorzugt sind dabei die Falten so eng, dass möglichst viel Filterfläche pro Patrone untergebracht wird und so weit, dass bei einer Abreinigung via Druckstoß das filtrierte Kondensat noch gut abreinigbar ist (d. h. aus den Falten herauskommt). Bevor zugt umfasst ein Filter 100 bis 300 Falten bei einem Filterdurchmesser von mindestens 20 cm. Auch wenn ein höherer Wert der Faltenzahl besser ist, muss beachtet werden, dass eine zu enge Faltung sich negativ auf die Abreinigbarkeit des Filters auswirkt. Be vorzugt liegt die Faltentiefe bei mindestens 20 mm, mehr bevorzugt bei mindestens 30 mm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Filtereinrichtung weist eine in Kontakt mit dem aufzu reinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite des Permanentfilters zumindest be reichsweise eine abgerundete Mäanderform auf, z. B. eine Wellenform oder eine mäan derartige Rechteckform. Die Breite der jeweiligen Strukturen (entspricht einer Wellenlänge einer Wellenstruktur) ist vorzugsweise größer als 1 cm, bevorzugt größer als 2 cm und/oder vorzugsweise kleiner als 10 cm, bevorzugt kleiner als 4 cm. Bevorzugt liegt die Tiefe der Strukturen bei mindestens 20 mm, mehr bevorzugt bei mindestens 30 mm. Be vorzugt umfasst ein Filter 100 bis 300 dieser Strukturen bei einem Filterdurchmesser von mindestens 20 cm.

Vorzugsweise beträgt eine Filteroberfläche eines einzigen Permanentfilters zumindest 0,5 qm, bevorzugt zumindest 1 qm, besonders bevorzugt zumindest 3 qm (qm = Quad ratmeter). Für große Anlagen mit hohen Volumenströmen ist mehr Fläche sinnvoll, welche aber auch durch die Parallelschaltung von mehreren Filtern und/oder die Parallelschal tung von mehreren Filterkammern erreicht werden kann. Da mit einer größeren Fläche auch die Anfälligkeit der Filter gegenüber mechanischen Belastungen ansteigt, beträgt die Filteroberfläche bevorzugt höchstens 20 qm, insbesondere höchstens 3 qm pro Patrone, z. B. 2 qm pro Patrone.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter ein Patronenfilter und/oder ein Plattenfilter mit bevorzugt mäanderförmigem Querschnitt.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter so in der Filtereinrich tung angeordnet, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite eine Außenoberfläche des Permanentfilters ist.

Alternativ oder ergänzend ist der Permanentfilter bevorzugt so in der Filtereinrichtung an geordnet, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutz gasseite eine (im Inneren des Filters liegende) Innenoberfläche des Permanentfilters ist. Diese Variante der innenliegenden Schmutzgasseite hat den Vorteil, dass das abgereinig te Kondensat an der Innenseite der Filter hängen bleibt, was in einer reduzierten Brand gefahr beim Wechsel resultiert und dadurch eine geringere Gefahr für Bediener bei Fehl- bedienung. Zudem kann im Falle einer Inertisierung bei Entnahme der Filterplatten das Inertgas effektiver (d. h. kostensparend durch geringere benötigte Volumina) eingesetzt werden, indem es auf der Innenseite der Filterplatten eingeleitet wird. Auch ein Feststoff- Inertmittel wäre denkbar, beispielsweise Sand und/oder Blähglasgranulat. Der Vorteil ei ner Variante mit einer außen- und einer innenliegenden Filterfläche ist der Gewinn an Filterfläche bei gleichem äußerem Umfang.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter so ausgebildet, dass vom Permanentfilter abgereinigte Partikel (unmittelbar) als Aufbaumaterial in einem (er neuten) additiven Fertigungsprozess nutzbar sind. Das Metallkondensat, welches nach der Abreinigung des Filters in einem Sammelbehälter gesammelt wird, kann ggf. ohne Aufreinigung recycelt werden, insbesondere weil Metallfilter unbehandelte Oberflächen haben.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter so ausgebildet, dass eine Oxidationsreaktion von im Permanentfilter vorliegenden Partikeln initiierbar (anstoß bar) ist, wobei der Permanentfilter vorzugsweise mit einer Energieeintragungsquelle ge koppelt ist, und bevorzugt ein Metallgewebe, oder ein Teil eines Metallgewebes des Per manentfilters ein Heizelement darstellen. Insbesondere umfasst der Filter isolierte Drähte (z. B. in einem Geflecht), welche die Heizung darstellen. Bevorzugt dient ein Metallgewe be des Filters als aktive Widerstandsheizung. Vorteil einer solchen Heizung ist, dass chemische Prozesse wie z. B. eine Oxidation kontrolliert angeregt werden können, so dass ein gezieltes bzw. kontrolliertes Abreagieren des Filterkuchens direkt am Filter er reicht werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Permanentfilter, insbesondere ein Metallfilter des Permanentfilters, eine Oberflächenbeschichtung. Die Oberflächenbe schichtung, beispielsweise eine PTFE-Membranbeschichtung, hat dabei bevorzugt die Funktion, dass die Adhäsionskräfte mit der die Partikel, z. B. Metallkondensat bzw. Me tallpulver, an der Oberfläche des Permanentfilters haften, reduziert werden und erhöht somit die Abreinigbarkeit bzw. reduziert von vornherein die Ablagerung von Partikeln und erzeugt verstärkt eine Oberflächenfiltration. Eine beispielhafte Oberflächenbeschichtung ist oder umfasst dabei eine aufgedampfte PTFE-Schicht, bevorzugt mit einer Stärke im Nanometerbereich (bevorzugt dicker als 1 nm, bevorzugt dünner als 1000 nm). Durch solch eine dünne Oberflächenbeschichtung besteht keine zusätzliche Brandgefahr. Be vorzugt stellt die Oberflächenbeschichtung einen initialen Filterkuchen dar, z. B. eine Schicht aus extrem feinem, gesintertem Metall, diese Schicht verhindert wiederum das Einlagern von Staub. Damit wird der Permanentfilter zu einem Oberflächenfilter.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur additiven Fertigung erfolgt eine Aufreinigung von Prozessgas und/oder eine Abreinigung des Permanentfilters so, dass vom Permanentfilter abgereinigte Partikel als Aufbaumaterial in einem (erneuten) additiven Fertigungsprozess nutzbar ist.

Bevorzugt ist der Permanentfilter der Filtereinrichtung dazu ausgebildet und so in der Fil tereinrichtung angeordnet, dass eine Abreinigung des Permanentfilters in einem parallel zu einem Bauprozess der Fertigungsvorrichtung laufenden Reinigungsbetrieb der Filter einrichtung durchführbar ist. Eine diesbezügliche „Online-Abreinigung“ also eine Abreini gung ohne Baujob-Unterbrechung erfolgt bevorzugt bei einem geringen Druck als eine Abreinigung während einer Unterbrechung des Baujobs oder zwischen Baujobs, die bei ca. 5 bar erfolgen sollte. Ein bevorzugter Druckbereich für eine Online-Abreinigung liegt zwischen 2 bis 5 bar.

Bevorzugt werden mindestens zwei parallel geschaltete Filterkammern benutzt, wobei bei einer Abreinigung eine davon vom Gasstrom getrennt wird. Beispielsweise könnte man den Bereich um diese kontrolliert mit Sauerstoff anreichern (und diese Filterkammer erhit zen) und den Filterkuchen kontrolliert oxidieren lassen, ohne den Bauprozess zu gefähr den bzw. zu beeinflussen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur additiven Fertigung erfolgt eine Abreinigung des Permanentfilters während des (laufenden) additiven Fertigungsprozesses, insbesondere ohne eine Unterbrechung des Fertigungsprozesses.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur additiven Fertigung erfolgt eine Abreinigung des Permanentfilters in Abhängigkeit eines Differenzdruckwerts von Prozessgas (über den Permanentfilter). Dazu beträgt ein bevorzugter Differenzdruckwert zumindest 10 mbar, vorzugsweise zumindest 20 mbar, bevorzugt zumindest 30 mbar, besonders bevorzugt zumindest 40 mbar beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt ein Abreinigungsdruckstoß zur Abreinigung des Permanentfilters weniger als 5 bar, vorzugsweise weniger als 4 bar, bevorzugt weniger als 3 bar, besonders bevorzugt 2,5 bar. Dieser Druck hängt jedoch von der Fläche und der Form des Permanentfilters ab. Es kann auch bevorzugt sein, dass ein Abreinigungsdruckstoß mehr als 2 oder vorzugsweise mehr als 3 bar, insbesondere mehr als 4 bar hat. Bevorzugt umfasst die Filtereinrichtung Puffervolumina, welche den Druck stoß abfangen.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Fi guren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts,

Figur 2 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filtereinrichtung zur Filterung von in einem Prozessgas,

Figur 3 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filtereinrichtung zur Filterung von in einem Prozessgas,

Figur 4 eine schematische, im Schnitt dargestellte Ansicht der Figur 3,

Figur 5 eine schematische, im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Filtereinrichtung zur Filterung von in einem Prozessgas,

Figur 6 eine schematische, perspektivische Darstellung eines weiteren bevorzugten Per manentfilters in der Form eines Plattenfilters.

Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Vorrichtung zum generativen Herstellen ei nes dreidimensionalen Objekts beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4.

In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Behälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird. Zudem umfasst die Prozesskammer 3 eine der Prozesskammer zugeordnete Prozessgaszufuhr 31 sowie einen Auslass 53 für Prozessgas. In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grund platte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bau plattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13.

Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiter einen Vorratsbehälter 14 für ein durch elektro magnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial 15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbau materials 15 innerhalb des Baufelds 8. Vorzugsweise erstreckt sich der Beschichter 16 quer zu seiner Bewegungsrichtung über den ganzen zu beschichtenden Bereich.

Optional ist in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet, die zum Be heizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann bei spielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.

Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem La ser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Ober seite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebe ne 7 fokussiert wird.

Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinheit auch teilweise oder ganz außerhalb der Vorrichtung angebracht sein. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Be trieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann. Als Aufbaumaterial 15 wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material verwendet, wobei die Erfindung insbesondere auf Metallkondensate bildende Aufbaumaterialien gerichtet ist. Im Sinne einer Oxidationsreaktion und damit einer Feuergefährlichkeit sind hiervon insbesondere eisen- und/oder titanhaltige Aufbaumaterialien genannt, aber auch kupfer-, magnesium-, aluminium-, wolfram-, cobalt-, chrom-, und/oder nickelhaltige Materialien, sowie solche Elemente enthaltende Verbindungen.

Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger 10 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Der Beschichter 16 fährt zu nächst zu dem Vorratsbehälter 14 und nimmt aus ihm eine zum Aufbringen einer Schicht ausreichende Menge des Aufbaumaterials 15 auf. Dann fährt er über das Baufeld 8, bringt dort pulverförmiges Aufbaumaterial 15 auf die Bauunterlage oder eine bereits vorhervor handene Pulverschicht auf und zieht es zu einer Pulverschicht aus. Das Aufbringen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld 8, also den durch die Behälterwandung 6 begrenzten Bereich. Optional wird das pulverförmige Aufbaumaterial 15 mittels einer Strahlungsheizung 17 auf eine Arbeitstemperatur aufgeheizt.

Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, sodass das pulverförmige Aufbaumaterial 15 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Dabei werden die Pul verkörner an diesen Stellen mittels der durch die Strahlung eingebrachten Energie teilwei se oder vollständig aufgeschmolzen, so dass sie nach einer Abkühlung miteinander ver bunden als Festkörper vorliegen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis das Ob jekt 2 fertiggestellt ist und der Prozesskammer 3 entnommen werden kann.

Figur 2 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filterein richtung 100 zur Filterung und hier auch zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas 50 einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln 51 in Verbindung mit einer Vorrichtung 1 nach Fig. 1 gemäß einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Die Partikel 51 und das die Partikel mitführende Prozessgas 50 werden durch den entsprechenden Pfeil dargestellt. Das die Partikel 51 mitführende Prozessgas 50 wird über einen Auslass 53 in die Zuführung 52 des Prozess gases 50 zur Filterkammer 40 aus der Prozesskammer 3 ausgelassen, beispielsweise abgesaugt. Die Filterkammer 40 weist neben einem Einlass für die Zuführung 52 des Pro- zessgases 50 und der darin mitgeführten Partikel 51 einen Einlass für ein über eine Oxi dationsmittelzuführung 62 zugeführtes Oxidationsmittel 60 zur Nachbehandlung, ebenfalls als entsprechender Pfeil dargestellt, auf. Die Oxidationsmittelzuführung 62 ist derart auf das aus der Zuführung 52 austretende Partikel 51 mitführende Prozessgas 50 ausgerich tet, dass das Oxidationsmittel 60 die Partikelumgebung der Partikel 51 im Bereich des nachfolgend beschriebenen Anstoßes der Oxidationsreaktion durchsetzen kann. Als Mittel zum Anstoß der Oxidationsreaktion ist hier eine als Strahlungsheizung ausgebildete Energieeintragungsquelle 70 vorgesehen, die ihre Wärmestrahlung über einen transpa renten Bereich 42 der Filterkammer 40 in diese einkoppelt und maßgeblich von den in dem Prozessgas 50 mitgeführten Partikeln 51 absorbiert, so dass diese gezielt aufgeheizt werden. Die Zuführung des Oxidationsmittels 60 in die Partikelumgebung der Partikel 51 führt in Kombination mit der durch die Energieeintragungsquelle 70 erzeugte Partikeltem peratur zu einer Oxidationsreaktion, bei der die Partikel 51 kontrolliert abbrennen und/oder zumindest in einer geführten Oxidationsreaktion soweit passiviert werden, dass ihre Brand- und Explosionsneigung ausreichend gehemmt wird. Das die Partikel 51 oder nunmehr Partikelrückstände mitführende Prozessgas 50 wird dann durch den (tempera turbeständigen) Filter 41 abgeführt, an dem die Partikel 51 bzw. Partikelrückstände ge mäß Filtercharakteristik verbleiben. Aus einem Reingasauslass 54 kann das gefilterte Prozessgas aus dem Filter 41 austreten und z. B. wieder über eine Prozessgaszufuhr 31 (s. z. B. Figur 1) einem Prozess zugeführt werden.

Die Filtereinrichtung 100 kann zudem einen nicht gezeigten Abscheider aufweisen, so dass aus un verfestigtem Aufbaumaterial 13 gebildete Partikeln 51 aus dem Prozessgas 50 abgeschieden werden, so dass diese nicht der Nachbehandlung zugeführt werden.

In der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind die Oxidationsmittelführung 62 die Zuführung 52 des Prozessgases 50 und die Energieeintragungsquelle 70 so angeordnet, dass die Oxidationsreaktion durch die Energieeintragungsquelle 70 in der Partikelumgebung ange stoßen wird, in der das Oxidationsmittel 60 auf das die Partikel 51 mitführende Prozess gas 50 trifft und dabei die Partikelumgebung durchmischt. Alternativ können die im Pro zessgas 50 mitgeführten Partikel 51 aber auch zuerst auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die dann bei einem Zusammentreffen der Partikel 51 mit dem Oxidationsmittel 60 zu einem Anstoßen einer Oxidationsreaktion führt. Ebenso kann der Energieeintrag zum Anstoßen der Oxidationsreaktion erst erfolgen, wenn die Durchmischung der Partikelum gebung mit dem Oxidationsmittel 60 schon stattgefunden hat, sofern dann der Oxida- tionsmittelgehalt noch ausreichend ist. Dies bezieht sich sowohl auf eine räumliche als auch zeitliche Betrachtungsweise.

Ferner weist die Filtereinrichtung 100 in Figur 2 eine Steuerung 80 auf, die die Oxida tionsmittelzuführung 62 und damit die Menge des der Filterkammer zugeführten Oxida tionsmittels 60, beispielsweise über Ventile, den Auslass 53 und damit die Menge an Pro zessgas 50 und darin mitgeführten Partikeln 51 sowie die Energieeintragungsquelle 70 ansteuern kann. Zur Regelung zumindest einer dieser Einrichtungen, die durch die Steue rung 80 ansteuerbar sind, ist eine Prozessüberwachung 90 vorgesehen, die zumindest den Oxidationsmittelgehalt, die Partikelmenge oder die Temperatur in der Filterkammer 40 überwacht. Die Regelung wird über die Steuerung 80 vorgenommen, kann aber auch durch eine von dieser separaten Einheit gebildet sein. Die Steuerung 80 kann zudem von der Steuerungseinheit 29 der Lasersintervorrichtung 1 umfasst sein oder der Filtereinrich tung 100 zugeordnet werden.

Figur 3 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filtereinrich tung 100 zur Filterung von einem Prozessgas 50. Das Prozessgas 50 tritt durch einen Schmutzgaseintritt (Zuführung 52) in die Filtereinrichtung 100 ein. Die als Zuführung 52 dargestellte Leitung kommt von der Absaugung einer Prozesskammer (s. z. B. Figur 1). Das eintretende Prozessgas 50 strömt dann durch die Filterkammer 40, die hier die Form eines Trichters hat, der in den Partikelauffangbehälter 55 mündet. Größere Partikel pral len an dem Rand der Filterkammer 40 ab und fallen direkt in diesen Partikelauffangbehäl ter 55, leichtere Partikel werden mit dem Prozessgas weiter mitgeführt und mittels der Permanentfilter 41 aus dem Prozessgas 50 herausgefiltert. Über den Filtern befinden sich Abreinigungseinheiten 56 mit Tanks, welche mittels zyklischer Druckstöße die Filter 41 reinigen können. Von den Filtern 41 entfernte Partikel fallen in den Partikelauffangbehälter 55. Aus dem Reingasauslass 54 tritt das gefilterte Prozessgas wieder aus der Filterein richtung 100 aus.

Figur 4 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Ansicht der Figur 3. Gut zu erken nen sind die vier Permanentfilter 41, die als Filterpatronen ausgebildet sind, und mittig ein Rohr, das in den Partikelauffangbehälter 55 mündet und durch eine Absperrklappe 55a verschließbar ist, um bei einem Austausch des Partikelauffangbehälters 55 einen Austritt von Partikeln zu unterbinden. Figur 5 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Filterkammer 40 einer Filtereinrichtung 100 zur Filterung von in einem Prozessgas 50, wie sie z. B. in Figur 3 dargestellt ist. Eine Besonderheit sind die Permanentfilter 41, die hier Hohlzylinder mit einem plissierten (in Falten 59 ausgestalteten) Filtermaterial 58 sind (s. dazu auch Schnitt A-A). Sowohl die Plissierung als auch die Ausgestaltung als Hohlzylinder mit jeweils einer innenliegenden und einer außenliegenden Schmutzgasseite 57 trägt zu einer Vergröße rung der effektiven Filterfläche bei.

Die Filtereinrichtung 100 umfasst in diesem Beispiel für den linken Filter 41 eine Energie- eintragungsquelle 70, mit der der Filter 41 gekoppelt ist. Diese Energieeintragungsquelle 70 dient hier dazu, ein Metallgewebe im Filtermaterial 58 aufzuheizen, so dass der Filter 41 ein Heizelement darstellt. Dies dient der Herbeiführung einer kontrollierten Oxidation der gefilterten Partikel. Die Heizwirkung kann dadurch erreicht werden, dass Drähte des Filters 41 als (isolierte) Heizdrähte ausgelegt sind und die Energieeintragungsquelle 70 diese Drähte mit Strom versorgt.

Figur 6 ist eine schematische, perspektivische Darstellung eines weiteren bevorzugten Permanentfilters 41. Dieser ist als Filterplatte mit einer außenliegenden Schmutzgasseite ausgestaltet. Ein (hier nicht dargestellter) Prozessgasstrom dringt von außen in den Filter 41 ein und Partikel werden an der Schmutzgasseite 57 herausgefiltert. Der gereinigte

Prozessgasstrom tritt entgegen der Pfeile (oben) aus dem Filter 41 aus. Zur Reinigung wird ein Inertgas in Richtung der Pfeile in den Filter eingeblasen.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorherge- hend detailliert beschriebenen Figuren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich ver teilt sein können. Bezugszeichenliste

1 Laserschmelzvorrichtung

2 Objekt / Bauteil

3 Prozesskammer

4 Kammerwandung

5 Behälter

6 Behälterwandung

7 Arbeitsebene

8 Baufeld

10 Träger

11 Grundplatte

12 Bauplattform

13 Aufbaumaterial

14 Vorratsbehälter

15 Aufbaumaterial

16 Beschichter

17 Strahlungsheizung

20 Bestrahlungsvorrichtung / Belichtungsvorrichtung

21 Laser

22 Laserstrahl

23 Umlenkvorrichtung / Scanner

24 Fokussiervorrichtung

25 Einkoppelfenster 29 Steuereinheit

31 Prozessgaszufuhr

40 Filterkammer

41 Filter/ Permanentfilter

42 transparenter Bereich

50 Prozessgas

51 Partikel

52 Zuführung

53 Auslass

54 Reingasauslass

55 Partikelauffangbehälter 55a Absperrklappe 56 Abreinigungseinheit

57 Schmutzgasseite

58 Filtermaterial

59 Falte 60 Oxidationsmittel

62 Oxidationsmittelzuführung 70 Energieeintragungsquelle 80 Steuerung 90 Prozessüberwachung 100 Filtereinrichtung

H horizontale Richtung V vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche

1. Filtereinrichtung (100) für eine additive Fertigungsvorrichtung (1) zur Aufreinigung eines Prozessgases (50) der additiven Fertigungsvorrichtung (1), wobei die Filtereinrichtung (100) zur Aufreinigung eines Volumens von Prozessgas (50) im Betrieb zumindest einen Permanentfilter (41) aufweist, und wobei der Permanentfilter (41) temperaturbeständig so ausgebildet ist, dass eine Tempe raturbeständigkeit des Permanentfilters (41) im Betrieb höher als 110 °C vorliegt.

2. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Permanentfilter (41) temperaturbe ständig so ausgebildet ist, dass eine Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters (41) höher als 150 °C, vorzugsweise höher als 250 °C, bevorzugt höher als 350 °C, besonders bevorzugt höher als 500 °C ist.

3. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei der Perma nentfilter (41) einen Metallfilter und/oder einen Keramikfilter und/oder einen Glaswolle- Filter umfasst, bevorzugt wobei ein Metallfilter ausgebildet ist aus zumindest einem korrosionsbeständi gen Stahl und/oder aus einer Nickelbasislegierung und/oder aus Kupfer und/oder aus Mischungen oder Legierungen daraus.

4. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei eine Ma schenweite eines Filtermaterials (58) des Permanentfilters (41) nicht mehr als 30 pm, vor zugsweise nicht mehr als 20 pm, bevorzugt nicht mehr als 8 pm und/oder wenigstens 0,5 pm, vorzugsweise wenigstens 1pm, bevorzugt wenigstens 2 pm, besonders bevorzugt 3 pm, beträgt

5. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Perma nentfilter (41) eine Stützstruktur umfasst, welche dazu ausgelegt ist, eine Filterfläche des Permanentfilters zu stützen, in Form zu halten und/oder die mechanische Festigkeit des Permanentfilters zu erhöhen, bevorzugt wobei die Stützstruktur parallel zu einem Filtermaterial des Permanentfilters verläuft, vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich auf dessen Schmutzgasseite (57) und/oder auf dessen Reingasseite oder im Permanentfilter (41) integriert ist.

6. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei ein Durchmes ser von Fasern und/oder Drähten, welche ein Filtermaterial (58) des Permanentfilters (41) bilden, weniger als 20 pm, vorzugsweise weniger als 15 pm, bevorzugt weniger als 10 pm, besonders bevorzugt 5 pm beträgt, bevorzugt, wobei ein Durchmesser von Drähten, welche eine Stützstruktur bilden, eine Dicke von mehr als 100 pm hat, bevorzugt weniger als 1000 pm.

7. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas (50) tretende Schmutzgasseite (57) des Perma nentfilters (41) zumindest bereichsweise eine, vorzugsweise mäanderartig, plissierte Oberfläche aufweist, wobei vorzugsweise zur Ausbildung einer plissierten Oberfläche der Schmutzgasseite (57) eine Anzahl von Falten in der Oberfläche angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Falten zur Plissierung Faltungen in einem durchgängigen Ge webe sind oder miteinander verschweißt und/oder verklebt sind.

8. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Perma nentfilter (41) so in der Filtereinrichtung (100) angeordnet ist, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas (50) tretende Schmutzgasseite (57) eine Außenober fläche des Permanentfilters (41) ist und/oder wobei der Permanentfilter (41) so in der Fil tereinrichtung (100) angeordnet ist, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Pro zessgas (50) tretende Schmutzgasseite (57) eine Innenoberfläche des Permanentfilters (41) ist.

9. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Perma nentfilter (41) so ausgebildet ist, dass eine Oxidationsreaktion von im Permanentfilter (41) vorliegenden Partikeln initiierbar ist, wobei der Permanentfilter (41) vorzugsweise mit ei ner Energieeintragungsquelle (70) gekoppelt ist, und bevorzugt ein Metallgewebe, oder ein Teil eines Metallgewebes des Permanentfilters (41) ein Heizelement darstellen.

10. Additive Fertigungsvorrichtung zur Fertigung eines Bauteils in einem additiven Ferti gungsprozess mit einem Prozessraum (3), einer Zuführeinrichtung zum schichtweisen Einbringen eines Aufbaumaterials (15) in den Prozessraum (3), einer Bestrahlungseinheit (20) zur selektiven Verfestigung von Aufbaumaterial (15) im Prozessraum (3) und mit ei ner Filtereinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 zur Aufreini gung eines Prozessgases (50) der additiven Fertigungsvorrichtung (1).

11. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess mittels einer additiven Fertigungsvorrichtung (1), wobei das Verfahren zumindest die fol genden Schritte umfasst: - Einbringen zumindest einer Schicht eines Aufbaumaterials (15) in einen Prozessraum (3) der Fertigungsvorrichtung (1),

- selektive Verfestigung des Aufbaumaterials (15) im Prozessraum (3) mittels einer Be strahlungseinheit (20) und - Aufreinigung eines Volumens eines Prozessgases (50) der additiven Fertigungsvorrich tung (1) mittels einer Filtereinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9.

12. Verfahren zur additiven Fertigung nach Patentanspruch 11, wobei die Aufreinigung von Prozessgas (50) bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 40 °C, bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 110 °C, vorzugsweise bei einer Prozessgas temperatur von mehr als 150 °C, bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 200 °C, besonders bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 250 °C, ins besondere bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 300 °C erfolgt.

13. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 11 oder 12, wobei eine Abreinigung des Permanentfilters (41) in Abhängigkeit eines Diffe renzdruckwerts von Prozessgas (50) erfolgt und wobei ein Differenzdruckwert zumin dest, 10 mbar, vorzugsweise zumindest 20 mbar, bevorzugt zumindest 30 mbar, beson- ders bevorzugt zumindest 40 mbar beträgt und/oder wobei ein Abreinigungsdruckstoß zur Abreinigung des Permanentfilters (41) bevorzugt mehr als 3 bar beträgt, insbesondere mehr als 4 bar und/oder bevorzugt weniger als 5 bar beträgt.

14. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 11 bis 13, wobei eine Aufreinigung von Prozessgas (50) und/oder eine Abreinigung des Per manentfilters (41) so erfolgt, dass vom Permanentfilter (41) abgereinigte Partikel als Auf baumaterial (15) in einem additiven Fertigungsprozess nutzbar sind.

15. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 11 bis 14, wobei eine Abreinigung des Permanentfilters (41) während des additiven Ferti gungsprozesses erfolgt, insbesondere ohne eine Unterbrechung des Fertigungsprozes- ses.