EP4436738A1

EP4436738A1 - Filtereinrichtung

Info

Publication number: EP4436738A1
Application number: EP22798263.4A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Kleinhans; Philip STRÖBEL
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-10-02
Also published as: CN118510617A; US20240416588A1; DE102021130827A1; WO2023094052A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung, wobei die Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen Permanentfilter aufweist, wobei der Permanentfilter mindestens eine Beschichtung aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Filtereinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur additiven Fertigung.

Description

Filtereinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung, ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Filtereinrichtung, 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 Fertigungsprozessen" solche Fertigungsprozesse zu verstehen, bei denen, in der Regel auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten, durch das Anlagern von Material ein Fertigungsprodukt 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 Fertigungsprodukt gehören sollen. Beispiele für mit einer Bestrahlung arbeitende Verfahren sind das „selektive Lasersintern" oder „selektive Laserschmelzen". Die Pulverkörner des Aufbaumaterials 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 miteinander verbunden.

Bei einer solchen Herstellung ist es häufig erforderlich, dass ein Prozessgas beispielsweise zu Kühl- oder Abführungszwecken (insbesondere mit einem Gebläse) oder ein Schutzgas, insbesondere um eine definierte Atmosphäre, vorzugsweise mit Bezug auf den Ch-Gehalt, bereitzustellen, durch die Prozesskammer geleitet wird. Das austretende Prozessgas führt dabei in der Regel Partikel des Aufbaumaterials 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 Wärmefreisetzung reagieren können und die in der Prozesskammer zu Nanopartikeln rekondensieren können. Insbesondere im Fall von reaktiven Aufbaumaterialien (z.B. Titan-, Aluminium-, Magnesium- oder Zirkonlegierungen) dient das Schutzgas vorzugsweise auch als Schutz vor unkontrollierter Reaktion/Explosion

Um eine Kontamination des Prozessgases mit den Partikeln zu verhindern, beispielsweise um einer schleichenden Verschmutzung der Prozesskammer und/oder des Gebläses entgegen zu wirken, ist es notwendig, das Prozessgas nach dem Austritt aus der Prozesskammer zu filtern.

Ferner sind gängige Filter, wie Metall- oder Polyesterfilter durchlässig für Metallkondensat. Dieser Schlupf ist abhängig von dem eingesetzten Filtertyp, insbesondere von der Größe der Öffnungen bzw. der Poren in dem eingesetzten Filtertyp, sowie von dessen Alter und Einsatzdauer. Typischerweise wird bei einem Filter vom Typ „Tiefenfilter" beobachtet, dass dieser zu Beginn seines Gebrauchs zunächst etwas mehr Kondensat hindurchlässt, bis sich ein Filterkuchen aufgebaut hat und der Filter in seiner Tiefe gesättigt ist. Das durchgelassene Kondensat führt ferner dazu, dass auch weitere, nachgeschaltete Filter, wie Feinfilter, benötigt werden, die ebenfalls belegt werden und ebenfalls nach einer gewissen Betriebszeit getauscht werden müssen.

Durch die hohe Reaktivität der Partikel kann es jedoch im Bereich von Filtern, an denen sich die in dem Prozessgas mitgeführten Partikel ansammeln, zu unkontrollierten 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.

Die Abreinigung der Filtereinrichtung wird vorzugsweise mittels eines Druckstoßes, der der Strömungsrichtung des Prozessgases entgegen gerichtet ist, durchgeführt. Bei herkömmlichen Filtereinrichtungen kann hierbei beobachtet werden, dass das untere Differenzdruckniveau dabei über die Zyklen ansteigt und eine Abreinigung nicht mehr zufriedenstellend abläuft.

Daher ist es erstrebenswert Filter bereitzustellen, die eine möglich lange Lebenszeit aufweisen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte bzw. alternative Filtereinrichtung bzw. eine mit einem Filter versehene Fertigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei die Filter eine möglich hohe Lebensdauer aufweisen ohne dass dies zu Lasten der Filterwirkung geht und wobei eine sichere Filterentnahme bei einem Filtertausch bei einer additiven Fertigungsvorrichtung ermöglicht wird.

Ferner ist es wünschenswert, dass bei der Abreinigung der Filtereinrichtung das untere Differenzdruckniveau dabei über die Zyklen möglichst konstant bleib und möglichst wenig ansteigt.

Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Filtereinrichtung nach Anspruch 18, eine entsprechende additive Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 19, und durch ein Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 20 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung umfasst die Schritte:

- Auswahl eines Materials für mindestens eine Beschichtung des Permanentfilters und

- Aufbringen von mindestens einer Beschichtung auf dem Permanentfilter.

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 Bestrahlungseinheit zur selektiven Verfestigung von Aufbaumaterial im Prozessraum und eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines (aus dem Prozessraum austretenden) Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung.

Der Prozessraum kann im Kontext dieser Beschreibung auch Prozesskammer genannt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess mittels einer additiven Fertigungsvorrichtung umfasst die folgenden Schritte:

- Einbringen zumindest einer Schicht eines Aufbaumaterials in einen Prozessraum der Fertigungsvorrichtung,

- selektive Verfestigung des Aufbaumaterials im Prozessraum mittels einer Bestrahlungseinheit und

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

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

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.

Die in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung des Gegenstands zu verstehen. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sind die Singularformen "ein", "eine" und "die" so zu verstehen, dass diese auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas Anderes vorgibt. Dies gilt auch umgekehrt, d.h. die Pluralformen schließen auch die Singularformen ein. Es versteht sich auch, dass der Begriff "und/oder", wie er hier verwendet wird, sich auf alle möglichen Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente bezieht und diese einschließt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe "beinhaltet", "einschließlich", "umfasst" und/oder "umfassend", wenn sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen können die Begriffe "beinhaltet", "umfasst" und/oder "umfassend" auch „bestehend aus" bedeuten, d.h. das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen wird ausgeschlossen. Die Erfindung befasst sich 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 bzw. abtransportierte, Gas verstanden, das je nach Herstellprozess insbesondere auch ein Inertgas sein oder dieses umfassen kann. Kommt als Prozessgas zumindest ein Inertgas zum Einsatz, so umfasst das Prozessgas insbesondere Stickstoff, Argon, Helium und/oder ein Gemisch aus Inertgasen.

Wird Stickstoff als Inertgas eingesetzt, so beträgt der Restgehalt an Sauerstoff darin vorzugsweise weniger als 1,3 vol.-%.

Wird Argon und/oder Helium als Inertgas eingesetzt, so beträgt der Restgehalt an Sauerstoff darin vorzugsweise weniger als 0,1 vol.-%.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Sauerstoffgehalt in dem Prozessgas, insbesondere in dem Inertgas, einstellbar bzw. regelbar und beträgt beispielsweise konstant 100 ppm (0.01 vol.-%) oder von 0.0001 - 3 vol.-% oder von 0.001 - 3 vol.-%.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Wassergehalt in dem Prozessgas, insbesondere in dem Inertgas, einstellbar bzw. regelbar und beträgt beispielsweise konstant 100 ppm oder die absolute Feuchtigkeit beträgt 0,3 g/m³ und weniger.

In dem Prozessgas können sowohl unverfestigte Anteile eines Aufbaumaterials sowie Prozessnebenprodukte, wie Kondensate, beispielsweise Metallkondensate, enthalten sein. Derartige im Prozessgas mitgeführte Bestandteile werden unter dem Begriff „Partikel" zusammengefasst.

Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung dient zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung. Die Filtereinrichtung weist zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen, vorzugsweise formstabilen, Permanentfilter auf, wobei der Permanentfilter mindestens eine Beschichtung aufweist. Als Permanentfilter (oder „Dauerfilter") werden im Sinne der Erfindung Filter verstanden, welche im Gegensatz zu üblichen Filtermodellen vielfach, also beispielsweise über viele Zyklen hinweg und/oder dauerhaft im Betrieb der additiven Fertigungsvorrichtung verbleiben können. Als ein Zyklus wird hierbei vorzugsweise die Zeit nach einer Abreinigung der Filtereinrichtung bis hin zu der nächsten Abreinigungen der Filtereinrichtung verstanden.

Dazu wird ein Permanentfilter nach einer gewissen Zeit gereinigt, also der Filterkuchen entnommen oder abgestoßen, vorzugsweise durch einen Druckstoß, und damit Material aus den Filteröffnungen bzw. Filterporen bzw. dem Filtermaterial und/oder ein auf dem Filter aufliegender Filterkuchen entfernt. Ein Permanentfilter sollte 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 zumindest einen Metallfilter mit einem Metallgitter, Metallgewebe, Metallvlies, gesinterten Metall, insbesondere aus gesinterten Metallpartikeln, Metallschaum und/oder Metallsieb als Filtermaterial. Insbesondere ist ein Filter mit einem Polyestergewebe nicht als Permanentfilter anzusehen, zumindest sofern dieses keine ausreichende mechanische und thermische Beständigkeit aufweist.

Ein Polyesterfilter ist insbesondere nachteilig, da der Polyesterfilter durch viele Abreinigungen über die Betriebsdauer beschädigt wird und die Polyesterfasern durchlässig werden. Ferner besteht Brandgefahr beim Filterwechsel und/oder unkontrolliertem Sauerstoffeintritt.

Hier ist ein Filter, der ein Metallgewebe umfasst, bzw. daraus besteht, vorteilhaft. Ein solcher ist auch nach einer Vielzahl von Abreinigungen unbeschädigt und ermöglicht damit hohe Lebensdauern. Weiterhin sind Metallfilter nicht brennbar und selbst im unkontrollierten Fehlerfall läuft der Nutzer nicht in die Gefahr eines unkontrollierten Gewebebrandes mit Rauch- und Flammbildung.

Der Vorteil eines Permanentfilters ist ferner, dass eine Brandgefahr durch Erhitzen von staubförmigem Filtrat deutlich reduziert wird, einerseits durch die in der Regel vergleichsweise gute Wärmeleitung des Filtermaterials und andererseits 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 Prozessgasrichtung 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, beispielsweise Sauerstoff, aufgrund von vorhandenen Undichtigkeiten in einem System und/oder bei einem Filterwechsel und/oder beim Öffnen der Prozesskammer, zu Reaktionen kommen kann.

Die Filtereinrichtung weist zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen (formstabilen) Permanentfilter auf.

Bei den eingesetzten Filtern kann es sich zum einen um einen Tiefenfilter und zum anderen um einen Oberflächenfilter handeln.

Tiefenfilter werden regelmäßig zur Abscheidung von Partikeln aus strömenden Medien eingesetzt. Der Trenneffekt erfolgt in der Tiefe des Filtermediums. Im Gegensatz dazu wird der eigentliche Trenneffekt bei einem Oberflächenfilter nicht nur durch das Filtermedium hervorgerufen, sondern durch auch den Filterkuchen, der sich an der Oberfläche des Filters bildet.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Permanentfilter um einen Oberflächenfilter.

Erfindungsgemäß umfasst der Permanentfilter, insbesondere ein Metallfilter des Permanentfilters, eine Beschichtung, insbesondere eine Oberflächenbeschichtung. In einer solchen Beschichtung ist das Beschichtungsmaterial in einer Schicht insbesondere als eine äußerste Oberfläche des Filters ausgebildet.

Die mindestens eine Beschichtung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Membran auf der Oberfläche des Permanentfilters ausbildet, vorzugsweise einer gut anhaftenden Membran auf der Oberfläche des Permanentfilters, und der Permanentfilter so verbessert als Oberflächenfilter wirken kann.

Die mindestens eine Beschichtung hat ferner bevorzugt die Funktion, dass die Adhäsionskräfte, van der Waals Kräfte und/oder elektrostatischen Kräfte mit der die Partikel, z. B. Metallkondensat bzw. Metallpulver, 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. Bevorzugt 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.

Eine solche Beschichtung hat ferner den Vorteil, dass der Schlupf von Metallkondensat hin zu einem nachgeschalteten Feinfilter weitgehend verhindert werden kann. Zudem wird die Lebensdauer des Filters deutlich erhöht.

Auch führt die Beschichtung zu keinem bzw. nur zu einem minimal höheren Druckverlust, wie dies beispielsweise bei der Verwendung eines Metallfilters mit einer engeren Maschenweite der Fall wäre.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material des Permanentfilters verschieden von dem Material der Beschichtung.

Hierbei ist vorteilhaft, wenn die Materialien für den Permanentfilter und die Beschichtung so gewählt werden, dass es zu einer dauerhaften, stoffschlüssigen Verbindung kommt. Damit soll vorzugsweise sichergestellt werden, dass sich die Beschichtung über die Lebensdauer des Permanentfilters nicht ablöst. So eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Adhäsion, Kohäsion oder durch chemische Reaktionen bzw. chemische Bindungen ermöglicht werden. Im Falle eines Metallvlieses als Beschichtung kann die stoffschlüssige Verbindung auch durch Verschweißen erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform liegt die Beschichtung in Form von Nanofasern und/oder Nanopartikeln vor. Eine solche Beschichtung kann auch als „Nanobeschichtung" bezeichnet werden. Unter Nanofasern werden hierbei vorzugsweise Fasern verstanden, die einen Durchmesser von größer als 1 nm aber kleiner als 1000 nm aufweisen. Die Länge der Faser ist dabei nicht unmittelbar begrenzt und kann bis zu mehreren Mikrometern oder mehreren Millimetern betragen.

Unter Nanopartikeln werden hierbei vorzugsweise Partikel verstanden, die einen Durchmesser von größer als 1 nm aber kleiner als 1000 nm aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Beschichtung im Wesentlichen vollständig, d.h. vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.-%, insbesondere zu mehr als 95 Gew.-% oder zu mehr als 98 Gew.-%, in Form von Nanofasern vor.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Beschichtung im Wesentlichen vollständig, d.h. vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.-%, insbesondere zu mehr als 95 Gew.-% oder zu mehr als 98 Gew.-%, in Form von Nanopartikeln vor.

Die Beschichtung kann auch als Mischung von Nanofasern und Nanopartikeln, wie vorstehend definiert, vorliegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Beschichtung um eine anorganische Beschichtung, beispielsweise auf Basis von Metallen, Mineralien, und/oder Glas.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Beschichtung um eine organische Beschichtung, beispielsweise auf Basis von Kunststoffen, und/oder Carbon.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Beschichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens einen Kunststoff, ein Metall, Glasfasern und/oder Carbonfasern umfasst oder zumindest im Wesentlichen aus daraus besteht.

Unter „im Wesentlichen" wird dabei verstanden, dass die Beschichtung im vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.-%, insbesondere zu mehr als 95 Gew.-% oder zu mehr als 98 Gew.-%, aus dem jeweiligen Material besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung mindestens ein Metall.

Geeignete Metalle umfassen hierbei Edelstahl, wie beispielsweise die Edelstahle 1.4401 und 1.4404.

Das Metall liegt hierbei vorzugsweise in Form eines Metallvlieses vor. Ein geeignetes Metallvlies ist vorzugsweise aus feinen Metallfäden aufgebaut, die in der Regel einen Durchmesser von 0,1 bis 10 pm, insbesondere etwa 3 pm, aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung mindestens einen Kunststoff.

Geeignete Kunststoffe umfassen nicht fluorierte Kunststoffe, wie Polyester, Polyethylenoxid, Polymethylmethacrylat, Nylon, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat, und/oder Polyacrylnitril.

In einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kunststoff einen fluorierten Kunststoff.

Insbesondere bevorzugt ist hierbei Polytetrafluorethylen (PTFE) als Kunststoff.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung eine Dicke von 5 bis 5000 nm, vorzugsweise von mindestens 100 nm und/oder höchstens 1000 nm, besonders bevorzugt von mindestens 300 nm und/oder höchstens 500 nm auf.

Solch eine dünne Oberflächenbeschichtung ist vorteilhaft, da dadurch keine zusätzliche Brandgefahr besteht.

Liegt ein Metallvlies als Beschichtung vor, so kann eine solche Beschichtung auch eine Dicke von mehreren Mikrometern, beispielsweise von 10 bis 100 pm aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung Nanofasern, wobei die Nanofasern einen Durchmesser von 10 bis 500 nm, vorzugsweise von mindestens 20 und/oder höchstens 150 nm, besonders bevorzugt von mindestens 30 und/oder höchstens 100 nm aufweisen.

Die Länge der Nanofasern ist dabei nicht unmittelbar begrenzt und kann mehrere Mikrometer betragen. Bevorzugt weisen die Nanofasern eine Länge von mehr als 3 |jm oder mehr als 5 pm auf. Vorzugsweise betragen die Längen der Nanofasern von etwa 100 pm bis zu 1 mm oder von etwa 100 pm bis zu 5 mm oder von etwa 100 |jm bis zu 10 mm.

Insbesondere weisen die Nanofasern in Aspektverhältnis (Verhältnis von Länge zu Durchmesser) von mehr als 3: 1, insbesondere von 10: 1 bis 100000: 1 auf.

Solche Nanofasern sind vorteilhaft, da sie einfach und günstig herzustellen sind. Ferner ermöglichen solche Nanofasern die Ausbildung einer Art Membran mit sehr kleinen Öffnungen. Nanofasern umfassend PTFE sind insbesondere kostengünstig herzustellen und zeichnen sich durch besondere Widerstandsfähigkeit aus.

Die Länge bzw. der Durchmesser der Nanofasern wird dabei vorzugsweise mittels Elektronenmikroskopie ermittelt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung Nanopartikel, die vorzugsweise mindestens einen Kunststoff enthalten, wobei die Nanopartikel einen D50 von 1 nm bis 1000 nm, insbesondere von 10 nm bis 1000 nm, aufweisen. Vorzugsweise beträgt der D50 von 20 nm bis 200 nm, insbesondere etwa 100 nm.

Der D50 kann vorzugsweise mittels Laserdiffraktometrie oder mittels Elektronenmikroskopie bestimmt werden.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter temperaturbeständig, insbesondere bezüglich einer Dauerbetriebstemperatur, wobei die Dauerbetriebstemperatur die Temperatur angibt, bei der der Permanentfilter mindestens 6 Monate, vorzugsweise mindestens 1 Jahr, bevorzugt mindestens 2 Jahre und besonders bevorzugt mindestens 5 Jahre stabil und beständig ist, so ausgebildet, dass eine Temperaturbeständigkeit, des Permanentfilters höher als 100°C oder höher als 150 °C, vorzugsweise höher als 250 °C, bevorzugt höher als 350 °C, besonders bevorzugt höher als 500 °C ist.

Das jeweilige Beschichtungsmaterial sollte hier mit der gewünschten Dauerbetriebstemperatur abgestimmt werden.

So eignen sich Kunststoffbeschichtungen eher für niedrigere Dauerbetriebstemperaturen.

Für besonders hohe Dauerbetriebstemperaturen eignen sich beispielsweise anorganische Beschichtungen.

Entsprechend erfolgt die Aufreinigung von Prozessgas gemäß einem bevorzugten Verfahren zur additiven Fertigung bei einer Prozessgastemperatur (gemessen durch einen Temperaturfühler in der Prozesskammer, insbesondere mit einem PT100 Temperaturfühler) von mehr als 40°C, bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 60°C oder mehr als 110 °C, vorzugsweise bei einer Prozessgastemperatur 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 Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters sollte dabei jeweils höher als die Prozessgastemperatur sein.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung ist der Permanentfilter formstabil in einer Weise ausgebildet, dass eine Arbeitszeit des Permanentfilters im Betrieb der Filtereinrichtung im Wesentlichen konstant ist. Mit der Arbeitszeit ist die Zeit zwischen notwendigen Reinigungen des Filters gemeint, also die Zeit, in der der Filter bestimmungsgemäß seine Aufgabe wahrnehmen kann. Bei einem handelsüblichen Filter würde dies der Standzeit entsprechen, also der Zeit bis der Filter nach einigen, beispielsweise 200 oder vorzugsweise mehr als 1000, Abreinigungen (Zyklen) ausgetauscht werden muss. Da bei einem Permanentfilter im Grunde kein Austausch erfolgen muss, wird hier von der Arbeitszeit gesprochen.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung umfasst der Permanentfilter einen Metallfilter und/oder einen Keramikfilter und/oder einen Mineralwolle-Filter, insbesondere einen Glaswolle -Filter oder einen Basaltwolle-Filter, bevorzugt wobei ein Metallfilter ausgebildet ist aus zumindest einem korrosionsbeständigen Stahl und/oder aus einer Nickelbasislegierung und/oder aus Kupfer und/oder aus Mischungen oder Legierungen daraus.

Ein bevorzugter korrosionsbeständiger 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 beziehungsweise verlangsamt. Eine Korrosionsbeständigkeit ist von Vorteil, da man in diesem Falle den Filter aufheizen und das Filtrat kontrolliert oxidieren kann. Weitere Vorteile eines Metallfilters sind eine hohe Festigkeit / Eigensteifigkeit, die die grundsätzliche Funktion 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 Abriebfestigkeit sowie keine Partikelablösung. Zudem erlaubt ein Metallfilter einen guten Durchfluss, was zu einem geringen Druckverlust über den Filter führt und der Filter dadurch stärker belegt werden kann, verglichen mit anderen Filtergeweben, die hohe Druckverluste (geringe Durchflüsse) aufweisen. Auch hat ein Metallfilter eine chemische und thermische Beständigkeit, wodurch eine Brandgefahr deutlich reduziert wird. Zudem wäre auch ein Betrieb bei höheren Gastemperaturen, z.B. bei Gastemperaturen größer als 500 °C oder gar größer als 800 °C, denkbar.

Bevorzugt hat der Metallfilter eine definierte, insbesondere regelmäßige Anordnung der Filterporen und ist bevorzugt aus einem geflochtenen Gewebe oder einer gelochten Platte oder einem Gitter gefertigt. Bevorzugt ist auch eine enge Porengrößenverteilung mit mehr als 50 Poren pro cm², insbesondere mehr als 100 Poren pro cm².

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung umfasst der Permanentfilter einen Keramikfilter 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 Wärmeleitfähigkeit eines Metallfilters mit Vorteilen eines Keramik- oder Glaswolle-Filters kombiniert werden. 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 wenigstens 2 pm, besonders bevorzugt 3 pm. Hier sollte beachtet werden, dass eine zu große 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.

Bei Metallfiltern wird anstelle von Maschenweite auch häufig von Öffnungen oder Poren gesprochen. Die Maschenweite kann hierbei analog auf die Öffnungen oder Poren übertragen werden.

Häufig wird bei Metallfiltern auch der Anteil der geöffneten Oberfläche angegeben. Dieser beträgt vorzugsweise von 10% bis 99%, insbesondere von mindestens 15 % und/oder höchstens 30%, vorzugsweise von mindestens 30 % und/oder höchstens 60%.

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 |jm, vorzugsweise weniger als 50 pm, bevorzugt weniger als 20|jm insbesondere weniger als 10 pm, besonders 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 Metalldrahtdurchmesser 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 Stützstruktur 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 bevorzugt dicker als die Fasern/Drähte des Filtermaterials und haben bevorzugt eine Dicke von mehr als 100 |jm, 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 Filtermaterial des Permanentfilters und verläuft bevorzugt zumindest in einem Teilbereich auf dessen Schmutzgasseite und/oder auf dessen Reingasseite. Weil auf der Schmutzgasseite auch mit einer Verschmutzung der Stützstruktur gerechnet werden muss, aber auch für einen besseren Gasdurchlass hat diese bevorzugt eine Gitterstruktur mit einer Maschenweite größer als 1 mm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Stützstruktur parallel zum Filtermaterial des Permanentfilters und verläuft bevorzugt zumindest in einem Teilbereich auf dessen Schmutzgasseite und/oder auf dessen Reingasseite. Weil auf der Schmutzgasseite auch mit einer Verschmutzung der Stützstruktur gerechnet werden muss, aber auch für einen besseren Gasdurchlass hat diese bevorzugt eine Gitterstruktur mit einer Maschenweite 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 zwischen diesen (Kett-)Drähten dünnere (Kett-)Drähte des Filtermaterials verlaufen (bevorzugt mit einer Dicke zwischen 1 pm und 100 pm). Die (Schussdrähte sind dann bevorzugt 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 / Filterfläche) hat. Was die Filterflächenbelastung durch das Prozessgas betrifft, ist ein niedrigerer Wert vorteilhaft gegenüber einem höheren Wert. Zu niedrige Werte bedeuten jedoch, dass Filterfläche ungenützt verbleibt und damit unnötige Kosten verursacht. Daher ist im Betrieb 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 Filtermaterials, 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 Wärmeableitung nicht sehr gut ist, findet eine Entzündung bereits bei niedrigeren Temperaturen statt als bei einem solchen Permanentfilter. Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung mit einem Fasergewebe ist die Flechtung regelmäßig und/oder chaotisch. Vorteil einer solchen Konstruktion ist ein robuster Aufbau, eine geringe Schädigung bei der Abreinigung und daher eine besonders gute Langlebigkeit.

Gemäß einer bevorzugten Filtereinrichtung weist eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden 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 miteinander verschweißt und/oder verklebt. Das Außengewebe ist also bezüglich dieser bevorzugten Ausführungsform plissiert und nicht in Rundungen gebogen (auch wenn dies bei anderen Anwendungen durchaus bevorzugt sein kann). Ein Plissieren erhöht die Filterfläche 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 Verdopplung der Filterfläche (z. B. durch Plissierung) kann zu 4- bis 8-fach längeren Standzeiten 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). Bevorzugt 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. Bevorzugt liegt die Faltentiefe bei mindestens 20 mm, mehr bevorzugt bei mindestens 30 mm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Filtereinrichtung weist eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite des Permanentfilters zumindest bereichsweise eine abgerundete Mäanderform auf, z. B. eine Wellenform oder eine mäanderartige 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. Bevorzugt 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 = Quadratmeter). Für große Anlagen mit hohen Volumenströmen ist mehr Fläche sinnvoll, welche aber auch durch die Parallelschaltung von mehreren Filtern und/oder die Parallelschaltung 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 Filtereinrichtung 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 angeordnet, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite eine (im Inneren des Filters liegende) Innenoberfläche des Permanentfilters ist. Diese Variante der innenliegenden Schmutzgasseite hat den Vorteil, dass das abgereinigte Kondensat an der Innenseite der Filter hängen bleibt, was in einer reduzierten Brandgefahr beim Wechsel resultiert und dadurch eine geringere Gefahr für Bediener bei Fehlbedienung. 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 einer 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 (erneuten) 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 (anstoßbar) ist, wobei der Permanentfilter vorzugsweise mit einer Energieeintragungsquelle gekoppelt ist, und bevorzugt ein Metallgewebe, oder ein Teil eines Metallgewebes des Permanentfilters ein Heizelement darstellen. Insbesondere umfasst der Filter isolierte Drähte (z. B. in einem Geflecht), welche die Heizung darstellen. Bevorzugt dient ein Metallgewebe 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 erreicht werden kann.

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 Filtereinrichtung angeordnet, dass eine Abreinigung des Permanentfilters in einem parallel zu einem Bauprozess der Fertigungsvorrichtung laufenden Reinigungsbetrieb der Filtereinrichtung durchführbar ist. Eine diesbezügliche „Online-Abreinigung" also eine Abreinigung 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 erhitzen) und den Filterkuchen kontrolliert oxidieren lassen, ohne den Bauprozess zu gefährden 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 Druckstoß abfangen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung, wobei die Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen Permanentfilter, wie vorstehend beschrieben, aufweist, umfassend die Schritte:

- Auswahl eines Materials für die mindestens eine Beschichtung des Permanentfilters,

-Aufbringen der mindestens einen Beschichtung auf den Permanentfilter. Das jeweilige Beschichtungsmaterial sollte hier mit Hinblick auf die gewünschten Effekte, wie der gewünschten Dauerbetriebstemperatur, einer verbesserten Abreinigbarkeit, der Filtereffizienz und der Lebensdauer, abgestimmt werden.

Das Aufbringen der mindestens einen Beschichtung kann prinzipiell über alle geeigneten Verfahren erfolgen.

Bevorzugt eingesetzt werden die direkte Aufbringung von Nanofasern und/oder Nanopartikeln, Meltblown-Laminierungen, elektrochemische Verfahren, Elektrospinncoating, Tauchbäder, Sprühverfahren, Aufschmelzprozesse und/oder Sputterverfahren.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren 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 Permanentfilters in der Form eines Plattenfilters.

Figur 7 einen schematischen Vergleich eines Oberflächenfilters mit einem Tiefenfilter.

Figur 8 zeigt einen Vergleich der Filterkurven eines Tiefenfilters und eines Oberflächenfilters.

Figur 9 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer eines Standard- Polyesterfilters.

Figur 10 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer eines Polyesterfilters mit Nanobeschichtung.

Figur 11 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer eines Metallfilters.

Figur 12 zeigt REM Aufnahmen eines Standard-Polyesterfilters bei lOOx und bei 250x Vergrößerung.

Figur 13 zeigt REM Aufnahmen eines Filters mit Nanobeschichtung bei lOOOx, bei lOOOOx und bei 50000x Vergrößerung.

Figur 14 ein Diagramm zum Filterwiderstand und zur Gasdurchlässigkeit.

Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines 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 Grundplatte 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 Bauplattform 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 elektromagnetische Strahlung verfestig bares pulverförmiges Aufbaumaterial 15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 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 Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.

Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 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 Betrieb 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 zunächst 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 vorhervorhandene 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 Pulverkörner an diesen Stellen mittels der durch die Strahlung eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, so dass sie nach einer Abkühlung miteinander verbunden als Festkörper vorliegen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist und der Prozesskammer 3 entnommen werden kann.

Figur 2 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filtereinrichtung 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 Ausführungsform 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 Prozessgases

50 zur Filterkammer 40 aus der Prozesskammer 3 ausgelassen, beispielsweise abgesaugt. Die Filterkammer 40 weist neben einem Einlass für die Zuführung 52 des Prozessgases 50 und der darin mitgeführten Partikel 51 einen Einlass für ein über eine Oxidationsmittelzuführung 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 ausgerichtet, 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 transparenten 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 Partikeltemperatur 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 (temperaturbeständigen) Filter 41 abgeführt, an dem die Partikel 51 bzw. Partikelrückstände gemäß 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 unverfestigtem 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 angestoßen wird, in der das Oxidationsmittel 60 auf das die Partikel 51 mitführende Prozessgas 50 trifft und dabei die Partikelumgebung durchmischt. Alternativ können die im Prozessgas 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 Partikelumgebung mit dem Oxidationsmittel 60 schon stattgefunden hat, sofern dann der Oxidationsmittelgehalt 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 Oxidationsmittelzuführung 62 und damit die Menge des der Filterkammer zugeführten Oxidationsmittels 60, beispielsweise über Ventile, den Auslass 53 und damit die Menge an Prozessgas 50 und darin mitgeführten Partikeln 51 sowie die Energieeintragungsquelle 70 ansteuern kann. Zur Regelung zumindest einer dieser Einrichtungen, die durch die Steuerung 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 Filtereinrichtung 100 zugeordnet werden.

Figur 3 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Filtereinrichtung 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 prallen an dem Rand der Filterkammer 40 ab und fallen direkt in diesen Partikelauffangbehälter 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 Filtereinrichtung 100 aus.

Figur 4 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Ansicht der Figur 3. Gut zu erkennen 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 Vergrößerung der effektiven Filterfläche bei.

Die Filtereinrichtung 100 umfasst in diesem Beispiel für den linken Filter 41 eine Energieeintragungsquelle 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.

Figur 7 zeigt einen schematischen Vergleich eines Oberflächenfilters mit einem Tiefenfilter.

Für die Oberflächenfiltration wird oft strömungsseitig eine dünne Sperrschicht angebracht, die ein Eindringen der Partikel weitgehend verhindert. Das Filtermedium selbst bleibt weitgehend frei von Partikeln. Oberflächenfilter bauen verstärkt einen Staub- bzw. Filterkuchen auf, der mit zunehmender Dicke selbst zur Filtration beiträgt.

Bei der Tiefenfiltration erfolgt die Abscheidung des Materials zu einem großen Teil im Filtermedium selbst. Partikel, insbesondere Kondensat-Partikel, reichern sich mit der Zeit im Filtermedium an und lassen sich schwer abreinigen.

Tiefenfiltration eignet sich für vergleichsweise geringere Partikelkonzentrationen und Flächenbelastungen.

Figur 8 zeigt einen Vergleich der Filterkurven eines Tiefenfilters (Figur 8a) und eines Oberflächenfilters (Figur 8b).

In Figur 8a ist die Filterkurve eines Standard Tiefenfilters mit einer Oberfläche von 2,4 m² gezeigt. Der nicht lineare Anstieg des Drucks zeigt, dass sich zunächst ein Filterkuchen aufbauen muss. Gegen Ende der Kurve wirkt dieser Filterkuchen wie eine Membran und der Tiefenfilter damit wie ein Oberflächenfilter. Ferner nimmt die Zeit zwischen den Abreinigungen nicht linear ab, was darauf zurückzuführen sein könnte, dass sich Faltenzwischenräume zusetzen und damit die wirksame Filtrationsfläche mit der Zeit abnimmt. Zudem steigt die untere Grenze des Drucks nach der Abreinigung an, was auch zu Folge haben kann, dass die Abreinigungseffizienz abnimmt. In Figur 8b ist die Filterkurve eines Standard Oberflächenfilters mit einer Oberfläche von 1,1 m² gezeigt. Es zeigt sich ein linearer Anstieg des Drucks über die Zeit, d.h. der Filter wirkt von Anfang an als Oberflächenfilter. Ferner bleibt die Zeit zwischen zwei Abreinigungen im Wesentlichen konstant. Die untere Grenze des Drucks bleib ebenfalls im Wesentlichen stabil. Im direkten Vergleich mit dem Tiefenfilter zeigt sich, dass weiniger Filterfläche nötig ist, um eine ähnliche Leistung zu erreichen. Zudem lagert der Oberflächenfilter weniger Material ein, was eine geringere Brandlast zur Folge hat.

Figur 9 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer (240 h) eines Standard Polyesterfilters. Die untere Grenze des Druckes steigt stark an, was bedeutet, dass die Abreinigung ineffizient ist.

Figur 10 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer (994 h) eines Polyesterfilters mit Nanobeschichtung. Die untere Grenze des Druckes steigt langsamer an, die Abreinigung wird damit über die Zeit ineffizienter.

Figur 11 zeigt eine Filterkurve über die Lebensdauer (>5000 h) eines Metallfilters. Die Messungen wurden zwar nach 4800 h eingestellt, jedoch war keine Verschlechterung in der Filterleistung erkennbar. Die untere Grenze des Drucks ist zwar etwas höher, da das Metallgewebe einen größeren Widerstand darstellt, dadurch kommt die Abreinigung zwar relativ häufig verschlechtert sich aber im dargestellten Zeitraum kaum. In der Messung wurden verschiedene Strömungen und Gase getestet.

Figur 12 zeigt REM Aufnahmen eines Standard Polyesterfilters bei lOOx (Figur 12a) und bei 250x Vergrößerung. In Figur 12 a sind die Schweißstellen gut zu erkennen. Diese führen zum Verlust aktiver Filterfläche, sind jedoch zum Zusammenhalt der Fasern nötig. In Figur 12b sind Fasern mit einem Durchmesser von 21 |jm zu erkennen. Kondensatagglomerate, die auf den Filter zufliegen bewegen sich in einem Größenbereich um 20 nm. Damit kann der Filter lediglich aufgrund von Tiefenfiltration und eines Filterkuchens wirksam werden. Zudem ist ein Feinfilter für den Anfahrprozess nötig.

Figur 13 zeigt REM Aufnahmen eines Filters mit Nanobeschichtung bei lOOOx (Figur 13a), bei lOOOOx (Figur 13b) und bei 50000x Vergrößerung (Figur 13c). In den Figuren 13a und 13b ist die im Vergleich zu dem Filter der Figur 12 deutlich geschlossener Oberfläche klar erkennbar. In Figur 13c sind Fasern mit einem Durchmesser von 30 bis 120 nm zu erkennen. Typische Fasern bewegen sich im Bereich von 80 nm. Damit ist die Filtrationswirkung gegenüber Kondensatagglomeraten an der Oberfläche vorteilhaft.

Figur 14 zeigt ein Diagramm zum Filterwiderstand und zur Gasdurchlässigkeit. Der Filterwiderstand und die Gasdurchlässigkeit sind maßgeblich abhängig von der Filterbelegung und des Staubs (insbesondere der Feinheit des Staubs), der verfügbaren Filterfläche und dem Gasvolumenstrom und der Gasdichte.

Die Filteroberfläche beträgt hier 4x 1.7m² Metallfilter = 6.8m².

Die Geschwindigkeit am Gewebe beträgt: v = 360 m³/h /6.8m² = 0.014 m/s.

Die Schüttdichte des Kondensats beträgt Kondensat: 0.05 g/cm³.

Die Schichtstärke vor Abreinigung beträgt 0.2mm.

Damit ergibt sich ein Volumen des Kondensats von 0.05 g/cm³ * 0.02cm = 0.001 g/cm².

Die Abreinigung erfolgt bei 20 mbar, da der Widerstand ansonsten zu hoch wird. Nach der Abreinigung bleiben Rückstände am Filter, die dazu führen, dass der Anfangswiderstand von 5 mbar nicht mehr erreicht wird.

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

34 Ansprüche

1. Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung, wobei die Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen Permanentfilter aufweist, wobei der Permanentfilter mindestens eine Beschichtung aufweist.

2. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Beschichtung in Form von Nanofasern und/oder Nanopartikel vorliegt.

3. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Beschichtung mindestens einen Kunststoff, ein Metall, Mineralfasern, Glasfasern und/oder Carbonfasern umfasst oder im Wesentlichen aus daraus besteht.

4. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 3, wobei der mindestens eine Kunststoff Polyester, Polyethylenoxid, Polymethylmethacrylat, Nylon, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat, Polyacrylnitril und/oder einen fluorierten Kunststoff umfasst.

5. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 4, wobei der mindestens eine Kunststoff einen fluorierten Kunststoff, insbesondere ein Polytetrafluorethylen, umfasst.

6. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Beschichtung eine Dicke von 5 bis 5000 nm, vorzugsweise von mindestens 100 nm und/oder höchstens 1000 nm, besonders bevorzugt von mindestens 300 nm und/oder höchstens 500 nm aufweist.

7. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Beschichtung Nanofasern umfasst und wobei die Nanofasern einen Durchmesser 35 von 10 bis 500 nm, vorzugsweise von mindestens 20 und/oder höchstens 150 nm, besonders bevorzugt von mindestens 30 und/oder höchstens 100 nm aufweisen.

8. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Beschichtung Nanofasern umfasst und wobei die Nanofasern ein Aspektverhältnis von mehr als 3: 1 aufweisen.

9. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Beschichtung Nanopartikel umfasst und wobei die Nanopartikel einen D50 von 1 bis lOOOnm aufweisen.

10. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei der Permanentfilter temperaturbeständig so ausgebildet ist, dass eine Temperaturbeständigkeit des Permanentfilters höher als 100°C oder höher als 150 °C, vorzugsweise höher als 250 °C, bevorzugt höher als 350 °C, besonders bevorzugt höher als 500 °C ist.

11. Filtereinrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei der Permanentfilter einen Metallfilter und/oder einen Keramikfilter und/oder einen Mineralwolle-Filter, insbesondere einen Glaswollefilter oder einen Basaltwollefilter, umfasst, bevorzugt wobei ein Metallfilter ausgebildet ist aus zumindest einem korrosionsbeständigen Stahl und/oder aus einer Nickelbasislegierung und/oder aus Kupfer und/oder aus Mischungen oder Legierungen daraus.

12. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei eine Maschenweite eines Filtermaterials des Permanentfilters nicht mehr als 30 pm, vorzugsweise nicht mehr als 20 pm, bevorzugt nicht mehr als 8 pm und/oder wenigstens 0,5 pm, vorzugsweise wenigstens 1 pm, beträgt-

13. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Permanentfilter 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 und/oder auf dessen Reingasseite oder im Permanentfilter integriert ist.

14. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei ein Durchmesser von Fasern und/oder Drähten, welche ein Filtermaterial des Permanentfilters 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.

15. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite des Permanentfilters zumindest bereichsweise eine, vorzugsweise mäanderartig, plissierte Oberfläche aufweist, wobei vorzugsweise zur Ausbildung einer plissierten Oberfläche der Schmutzgasseite eine Anzahl von Falten in der Oberfläche angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Falten zur Plissierung Faltungen in einem durchgängigen Gewebe sind oder miteinander verschweißt und/oder verklebt sind.

16. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Permanentfilter so in der Filtereinrichtung angeordnet ist, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite eine Außenoberfläche des Permanentfilters ist und/oder wobei der Permanentfilter so in der Filtereinrichtung angeordnet ist, dass eine in Kontakt mit dem aufzureinigenden Prozessgas tretende Schmutzgasseite eine Innenoberfläche des Permanentfilters ist.

17. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Permanentfilter so ausgebildet ist, dass eine Oxidationsreaktion von im Permanentfilter vorliegenden Partikeln initiierbar ist, wobei der Permanentfilter vorzugsweise mit einer Energieeintragungsquelle gekoppelt ist, und bevorzugt ein Metallgewebe, oder ein Teil eines Metallgewebes des Permanentfilters ein Heizelement darstellen.

18. Verfahren zur Herstellung einer Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung, wobei die Filtereinrichtung zur Aufreinigung eines Prozessgases im Betrieb zumindest einen Permanentfilter aufweist nach einem der Patentansprüche 1 bis 17, umfassend die Schritte

-Aufbringen der mindestens einen Beschichtung auf den Permanentfilter.

19. Additive Fertigungsvorrichtung zur Fertigung eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess mit einem Prozessraum, einer Zuführeinrichtung zum schichtweisen Einbringen eines Aufbaumaterials in den Prozessraum, einer Bestrahlungseinheit zur selektiven Verfestigung von Aufbaumaterial im Prozessraum und mit einer Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 17 zur Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung.

20. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess mittels einer additiven Fertigungsvorrichtung, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:

- selektive Verfestigung des Aufbaumaterials im Prozessraum mittels einer Bestrahlungseinheit und 38

- Aufreinigung eines Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung mittels einer Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 17.

21. Verfahren zur additiven Fertigung nach Patentanspruch 20, wobei die Aufreinigung von Prozessgas 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, insbesondere bevorzugt bei einer Prozessgastemperatur von mehr als 300 °C erfolgt.

22. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 20 oder 21, wobei eine Abreinigung des Permanentfilters in Abhängigkeit eines Differenzdruckwerts von Prozessgas erfolgt und wobei ein Differenzdruckwert zumindest, 5 mbar, vorzugsweise zumindest 15 mbar, insbesondere 15 bis 30 mbar beträgt und/oder wobei ein Abreinigungsdruckstoß zur Abreinigung des Permanentfilters bevorzugt mehr als 3 bar beträgt, insbesondere mehr als 4 bar und/oder bevorzugt weniger als 5 bar beträgt.

23. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 20 bis 22, wobei eine Aufreinigung von Prozessgas und/oder eine Abreinigung des Permanentfilters so erfolgt, dass vom Permanentfilter abgereinigte Partikel als Aufbaumaterial in einem additiven Fertigungsprozess nutzbar sind.

24. Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 20 bis 23, wobei eine Abreinigung des Permanentfilters während des additiven Fertigungsprozesses erfolgt, insbesondere ohne eine Unterbrechung des Fertigungsprozesses.