WO2018158200A1 - Verfahren zur aerosoldeposition und vorrichtung - Google Patents

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WO2018158200A1
WO2018158200A1 PCT/EP2018/054699 EP2018054699W WO2018158200A1 WO 2018158200 A1 WO2018158200 A1 WO 2018158200A1 EP 2018054699 W EP2018054699 W EP 2018054699W WO 2018158200 A1 WO2018158200 A1 WO 2018158200A1
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WO
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flow
parameter
nozzle
aerosol
variable
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054699
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Denneler
Philipp Glosse
Carsten Schuh
Oliver Stier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/082—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to a condition of the discharged jet or spray, e.g. to jet shape, spray pattern or droplet size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/50—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter

Definitions

  • the invention relates to a method for aerosol deposition and to a device.
  • the process according to the invention is a process for the aerosol deposition by means of an aerosol emitted by the aerosol. nozzle and by means of an adjustable parameter which influences a flow size of the aerosol discharged from the nozzle.
  • the flow quantity is detected and used for the position of the parameter depending on the detected flow quantity.
  • the flow profile of the flow out of the nozzle the aerosol ⁇ - among other things dependent on a geometry of the nozzle and other factors, such as a performance of an aerosol driven pump - has a significant influence on the quality of a means of Aerosoldeposi ⁇ tion manufactured workpiece, such as a manufactured by means of the aerosol ⁇ deposition layer.
  • a deviation of this flow profile from a desired position can consequently result in disadvantageous properties of the finished workpiece or in an extension of the production time.
  • the inventively provided detection of at least one flow variable the flow of the aerosol from the nozzle can be monitored and a deviation or temporal change of the flow behavior of the nozzle can be determined.
  • Such ⁇ n ⁇ changes of the flow behavior can thus be used at an early stage to adjust at least the one parameter in view of the lowest possible change or deviation of the flow of the aerosol from the nozzle so that small even when failures occur in the manufacturing process an adverse deviate ⁇ monitoring of the airfoil as possible can be kept or even completely avoided.
  • deposits due to foreign substances or the material itself in the nozzle can be closed as soon as such deposits cause the intended flow behavior of the aerosol to change from the nozzle. Consequently, a deterioration of the aerosol deposition is not recognizable only in a subsequent examination of an already manufactured workpiece, but even during the implementation of the method for aerosol deposition itself predictable and therefore avoidable.
  • the inventive method thus provides a rinse-pump ⁇ mechanism in the manner of a closed loop. Accordingly, a threat of deterioration of the fertility tion quality or extension of the production time by means of a suitable position of the parameter in time, ie already in the aerosol deposition itself, be met. Thus, by the inventive method for aero- soldeposition high production quality at the same time mög ⁇ lichst held low manufacturing time achievable.
  • the at least one flow size location-dependent pressure information in particular a two-dimensional or three-dimensional position of pressure flanks ⁇ and / or a form of pressure flanks.
  • location-aware printing information such as a flat or ömli ⁇ che position of pressure flanks and / or shape of pressure flanks allows unambiguous conclusions about the flow behavior. Precisely deposits inside the nozzle or in lines leading to the nozzle rapidly lead to changes in the location-dependent pressure information and in particular to changes in the position and / or shape of pressure flanks. Consequently, these flow variables are particularly suitable for realizing the control circuit provided according to the invention.
  • the at least one parameter is preferably formed with a mass flow and / or at least one pressure and / or one pressure difference.
  • the mass flow is the mass flow of a powder and / or a carrier gas of the aerosol, which is deposited at the Ae ⁇ rosoldeposition.
  • the pressure or a pressure of the pressure difference is preferably a pressure in an aerosol line feeding the nozzle and / or a vacuum chamber in which the nozzle is expediently arranged for aerosol deposition.
  • the quantities mentioned form typical influencing variables in the aerosol deposition in a manner known per se.
  • the mass flow such as the powder and / or a carrier gas, kept constant to a continuous and uniform
  • the method according to the invention at least detects a flow size by means of ei ⁇ nes imaging, in particular strömungsvisual ensueden, method, preferably, in particular time-up ⁇ -dissolved, Schlieren photography and / or (by means of Shadowgraph- art see, for example: GS Setties, "Schlieren and shadowgraph techniques:. ising visual phenomena in transparent media ", Springer-Verlag, Berlin, 2001) by means of imaging procedural reindeer is a good flow of the acquisition from the nozzle strö ⁇ Menden aerosol even in the case of aerosol deposition possible.
  • the at least one flow quantity is recorded continuously in time or in sufficiently short, consecutive time intervals of at most 10 seconds in duration, preferably of less than one second duration and ideally of at most 50 milliseconds in duration.
  • the at least one parameter is set by means of a control method.
  • the at least one parameter forms the manipulated variable.
  • the at least one flow variable expediently forms the controlled variable of the control method.
  • the control method forms a fixed value control method.
  • the at least one flow variable suitably forms the constant held variable.
  • the parameter is set such that the flow size does not change.
  • the flow size is chosen such that in case of a constant flow size to adjust a constant Strö ⁇ mung profile, that the constancy of the flow quantity is a sensitive indicator of the consistency of the airfoil.
  • the control method forms a sequence control method :
  • the inventive method in the aerosol deposition can be deposited by means of the nozzle on a substrate, in particular a Ab ⁇ stood between the nozzle and the substrate is changed. This may be useful, depending on the substrate spacing and
  • the parameter in the change in the distance is adjusted in this embodiment of the invention appropriate, ie the Rege ⁇ averaging method forms a sequence control method.
  • a changed distance forms a disturbance which is compensated with the parameter.
  • the distance is a parameter which alone or together with one or more of the previously-called parameter is set.
  • the device according to the invention for aerosol deposition is designed to carry out a method according to the invention as described above.
  • the inventive apparatus has a nozzle and at least one actuator to position min ⁇ least one parameter of the aerosol deposition and a flow-detecting means for detecting at least one flow size.
  • the device expediently has a control device which is set up to position the at least one actuator as a function of the detected at least one flow variable.
  • the parameter is formed with at least one mass flow, in particular a powder and / or a carrier gas of an aerosol for the ae ⁇ rosoldeposition, and / or at least one pressure and / or at least one pressure difference.
  • han ⁇ delt If the pressure or the pressure of the Druckdiffe- to a pressure in the nozzle feeding aerosol line and / or a vacuum chamber, which is expedient part of the device and in which the nozzle is arranged for aerosol deposition.
  • the flow detection device is preferably provided with imaging optics, in particular an optical flow visualization structure and / or a streak photography structure and / or a shadow graph structure, i. a structure for performing the shadowgraph technique, formed.
  • the actuator with a mass flow controller and / or a
  • Pressurizing agent preferably formed on a nozzle feeding aerosol line of the device and / or a vacuum chamber of the device in which the nozzle is arranged appropriately.
  • the single drawing Figure 1 shows an inventive An ⁇ location of aerosol deposition for execution of the inventive method SEN schematically in a signal flow diagram.
  • the system ANL for aerosol deposition shown in FIG. 1 is designed to coat a substrate SUB.
  • the system ANL initially comprises, in a manner known per se, a powder source for providing powder for coating the substrate and a carrier gas source for providing carrier gas, which is provided for forming an aerosol with the powder (the powder source and the carrier gas source itself) in Fig.
  • the powder source and the carrier gas source jointly feed a disperser DISP of the system ANL, which is used for the aerosol education is established.
  • both the powder source and the carrier gas source each have a mass flow controller MRP, MRT, which regulate the mass flow of the powder and the mass flow of the carrier gas to the disperser DISP to a desired value as a controlled variable.
  • the disperser DISP dissolves the powder in the carrier gas and forms the aerosol for aerosol deposition in a manner known per se.
  • the aerosol flows out of the disperser DISP by means of an aerosol line AEL, which is placed in a vacuum chamber VAK of the
  • the vacuum chamber VAK is set and held by means of a Va ⁇ kuumpumpe VAP on a respectively suitable vacuum pressure.
  • the aerosol line AEL ends in a nozzle DUE, which is set up to flow the substrate SUB, which is also located in the vacuum chamber VAK, and consequently to deposit a layer on the substrate SUB.
  • the substrate SUB is downstream of a designated flow direction of the nozzle DUE, in the illustrated embodiment, a nozzle opening of the nozzle DUE facing arranged.
  • the substrate SUB is a flat part with a surface is planar and extending flat side FLS, which faces the nozzle DUE and with their central flächi ⁇ gen extension directions perpendicular to a
  • Beam direction of the nozzle DUE extends.
  • the area between the nozzle BER DUE and substrate SUB, in which the aerosol from the nozzle DUE exits and is passed to the sub strate ⁇ SUB is illuminated by a point light source PUN and detected by means of an evaluation of the OFF Anlanger ANL.
  • the point light source is formed in ⁇ be known per se with the outcoupling end of an optical fiber can be used in other, not specifically shown execution but ⁇ examples also be formed differently.
  • the evaluation device AUS comprises an imaging optics ABB, which images the area BER onto a camera KAM.
  • the Abbil ⁇ dung ABB optics is designed for the visualization of the flow profile of the aerosol in the field BER, that is, the imaging optical system visualizes the pressure flanks, which exclusively in the area BER form.
  • the dung Abbil ⁇ optics comprises a Schlieren photograph of structure which is formed in a known manner to the Schlieren photography (in the drawing, the imaging optical system is only shown schematically).
  • the shadowgraph technique can be used instead of Schlierenphotographie.
  • a video camera is ge ⁇ uses as a camera KAM, which thus detects the BER range continuously in time.
  • An image BIL acquired by the camera KAM at one time visualizes the spatial progression of the pressure flanks of the aerosol which form at this time between the nozzle DUE and the substrate SUB.
  • the image BIL is fed to a process control device PRO of the system ANL.
  • the process control device PRO is transmitted the respective pressures prevailing in the aerosol line AEL and within the vacuum chamber VAK.
  • the system ANL includes pressure gauges DRM, which are arranged on the aerosol line AEL and on the vacuum chamber VAK and are signal-connected with the process control device PRO.
  • the process control device PRO is signal-connected both to the mass flow controller MRP of the powder source and to the mass flow controller MRT of the carrier gas source for the control thereof.
  • the process control device PRO is set up to transmit a current desired desired value for the mass flow of the powder to the mass flow controller MRP of the powder source and a current desired setpoint for the mass flow of the carrier gas to the mass flow controller MRT of the carrier gas source.
  • the process control device PRO is designed to determine the current setpoint value for the mass flow of the powder and the current setpoint value for the mass flow of the carrier gas as follows:
  • the ANL is adjusted to onset of aerosol deposition in a known manner to optimum parameters, ie into ⁇ particular the pressure in the aerosol line AEL and the pressure in the vacuum chamber VAK as well as the distance from the substrate SUB and nozzle DUE and the mass flows of powder and Carrier gas respectively correspond to the specifications required for optimum formation of the layer.
  • the Jerusalemseinrich- tung PRO monitors these requirements by each receives a ak ⁇ tuelles image BIL the range BER with the pressure flanks of the aerosol.
  • the process control device PRO detects these changes in the course of the pressure edges by means of image analysis and in the inventive method now the mass flow of the powder and the mass flow of the carrier gas by means of the mass flow controller MRP, MRP such that this change in the course of the pressure edges is counteracted. Consequently, the process control device PRO causes the flow behavior in the region BER not to change.
  • the distance between the substrate SUB and nozzle DUE is changed instead of the Mas ⁇ senfladore of the powder and / or the carrier gas.
  • sub ⁇ strate and / or nozzle are arranged for example on an electrically movable stepper motor, so that the distance with ⁇ means of nozzle and / or substrate by the process ⁇ control device PRO can be made such that the pressure edges relative to the substrate so little change as possible.
  • the distance between the nozzle DUE and the substrate SUB is deliberately reduced to a default value for a process-technical reason. changed.
  • the mass flows of powder and carrier gas are now changed on the basis of the images BIL such that the optimum working distance for the aerosol deposition is adapted to the preset distance.

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Aerosoldeposition mittels einer zum Ausströmen von Aerosol ausgebildeten Düse (DUE) und mit einem Parameter, der zumindest eine Strömungsgröße (BIL) des aus der Düse (DUE) ausgeströmten Aeorosols beeinflusst, wird die Strömungsgröße (BIL) erfasst und zur Stellung des Parameters abhängig von der erfassten Strömungsgröße (BIL) herangezogen. Die Vorrichtung ist zur Aerosoldeposition nach einem solchen Verfahren ausgebildet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Aerosoldeposition und Vorrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aerosoldeposition und eine Vorrichtung.
Bei der Aerosoldeposition werden Schichten aus einem Werkstoff gefertigt, indem der Werkstoff mittels einer Düse ge- sprüht wird. Jedoch sind gegenwärtig bei der Aerosoldepositi¬ on einige relevante Prozessparameter schwer zu kontrollieren:
So können sich Werk- und Fremdstoffe während der Aerosoldepo¬ sition in der Düse anlagern, sodass der Werkstoff nicht opti- mal gesprüht wird und die Schicht folglich beeinträchtigt wird. Aufgrund der schweren Kontrollierbarkeit von Prozesspa¬ rametern ist die Aerosoldeposition zudem nur begrenzt flexibel, da der Einfluss möglicher Störgrößen so gering wie möglich zu halten ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Aerosoldeposition anzugeben. Insbesondere soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichst zuverlässig und möglichst hochwertig in möglichst kurzer Fer- tigungszeit gefertigt werden können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mittels welcher ein solches verbessertes Verfahren zur Aerosoldeposition möglich ist. Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Aerosoldeposition mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Vorrichtung mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Aerosol¬ deposition mittels einer zum Ausströmen von Aerosol ausgebil- deten Düse und mittels eines stellbaren Parameters, welcher eine Strömungsgröße des aus der Düse ausgeströmten Aeorosols beeinflusst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Strömungsgröße erfasst und zur Stellung des Parameters abhän- gig von der erfassten Strömungsgröße herangezogen.
Insbesondere das Strömungsprofil des aus der Düse ausströmen¬ den Aerosols - unter anderem abhängig von einer Geometrie der Düse und weiteren Einflussgrößen wie etwa einer Leistung ei- ner das Aerosol treibenden Pumpe - hat einen erheblichen Ein- fluss auf die Beschaffenheit eines mittels der Aerosoldeposi¬ tion gefertigten Werkstücks, etwa einer mittels der Aerosol¬ deposition gefertigten Schicht. Eine Abweichung dieses Strömungsprofils von einer Sollstellung kann folglich in nachtei- ligen Eigenschaften des gefertigten Werkstücks oder in einer Verlängerung der Fertigungszeit resultieren. Mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Erfassung der zumindest einen Strömungsgröße kann die Strömung des Aerosols aus der Düse überwacht und eine Abweichung oder zeitliche Änderung des Strömungsverhaltens der Düse festgestellt werden. Solche Än¬ derungen des Strömungsverhaltens können folglich frühzeitig herangezogen werden, um den zumindest einen Parameter im Hinblick auf eine möglichst geringe Änderung oder Abweichung der Strömung des Aerosols aus der Düse anzupassen, sodass auch bei Störungen im Fertigungsprozess eine nachteilige Abwei¬ chung des Strömungsprofils möglichst gering gehalten oder gar ganz vermieden werden kann. Insbesondere kann auf Ablagerungen durch Fremdstoffe oder den Werkstoff selbst in der Düse geschlossen werden, sobald solche Ablagerungen dazu führen, dass sich das vorgesehene Strömungsverhalten des Aerosols aus der Düse ändert. Folglich ist eine Beeinträchtigung der Aerosoldeposition nicht erst bei einer nachträglichen Prüfung eines bereits gefertigten Werkstücks erkennbar, sondern bereits während der Durchführung des Verfahrens zur Aerosoldeposition selbst vorhersehbar und demzufolge vermeidbar. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also einen Rückkopplungsmecha¬ nismus in der Art eines geschlossenen Regelkreises bereit. Demgemäß kann einer drohenden Verschlechterung der Ferti- gungsqualität oder Verlängerung der Fertigungsdauer mittels einer geeigneten Stellung des Parameters rechtzeitig, d.h. bereits bei der Aerosoldeposition selbst, begegnet werden. Somit ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aero- soldeposition eine hohe Fertigungsqualität bei zugleich mög¬ lichst gering gehaltener Fertigungszeit erzielbar.
Vorzugsweise umfasst bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest eine Strömungsgröße ortsabhängige Druckinformation, insbesondere eine flächige oder räumliche Position von Druck¬ flanken und/oder eine Gestalt von Druckflanken. Insbesondere ortsabhängige Druckinformation wie eine flächige oder räumli¬ che Position von Druckflanken und/oder Gestalt von Druckflanken lässt eindeutige Rückschlüsse auf das Strömungsverhalten zu. Gerade Ablagerungen innerhalb der Düse oder in zur Düse führenden Leitungen führen rasch zu Änderungen der ortsabhängigen Druckinformation und insbesondere zu Änderungen der Position und/oder Gestalt von Druckflanken. Folglich sind diese Strömungsgrößen zur Realisierung des erfindungsgemäß vorgese- henen Regelkreises besonders geeignet.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der mindestens eine Parameter mit einem Massenfluss und/oder mindestens einem Druck und/oder einer Druckdifferenz gebildet. Vorzugs- weise ist der Massenfluss der Massenfluss eines Pulvers und/oder eines Trägergases des Aerosols, welches bei der Ae¬ rosoldeposition deponiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Druck oder einem Druck der Druckdifferenz um einen Druck in einer die Düse speisenden Aerosolleitung und/oder einer Vakuumkammer, in welcher die Düse zweckmäßig zur Aerosoldeposition angeordnet ist. Die genannten Größen bilden in an sich bekannter Weise typische Einflussgrößen bei der Aerosoldeposition. So wird bei bekannten Verfahren insbesondere der Massenfluss, etwa des Pulvers und/oder eines Trägergases, konstant gehalten um eine kontinuierliche und gleichmäßige
Beschichtung zu erreichen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann folglich auf bekannte Einflussmöglichkeiten Rückgriff genommene werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zumindest eine Strömungsgröße mittels ei¬ nes bildgebenden, insbesondere strömungsvisualisierenden, Verfahrens erfasst, vorzugsweise mit, insbesondere zeitaufge¬ löster, Schlierenphotographie und/oder mittels Shadowgraph- Technik (s. z.B.: G.S. Setties, „Schlieren and Shadowgraph techniques : visualising phenomena in transparent media", Springer-Verlag, Berlin, 2001). Mittels bildgebender Verfah- ren ist eine gute Strömungserfassung des aus der Düse strö¬ menden Aerosols sogar im Falle der Aerosoldeposition möglich.
Idealerweise wird die zumindest eine Strömungsgröße zeitlich kontinuierlich oder in hinreichend kurzen, aufeinanderfolgen- den Zeitintervallen von höchstens 10 Sekunden Dauer, vorzugsweise von weniger als einer Sekunde Dauer und idealerweise von höchstens 50 Millisekunden Dauer, erfasst. Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Änderung der zumindest einen Strömungsgröße zeitnah reagiert werden.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung der mindestens eine Parameter mittels eines Regelungsverfahrens gestellt. Insbesondere bildet dabei der der zumindest eine Parameter die Stellgröße. Zweckmäßig bildet die zumindest ei- ne Strömungsgröße die Regelgröße des Regelungsverfahrens.
Vorteilhaft bildet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Regelungsverfahren ein Festwertregelungsverfahren. Dabei bildet die zumindest eine Strömungsgröße geeigneterweise die konstant gehaltene Größe. Auf diese Weise wird der Parameter derart gestellt, dass sich die Strömungsgröße nicht ändert. Idealerweise ist die Strömungsgröße derart gewählt, dass sich im Falle einer konstanten Strömungsgröße ein konstantes Strö¬ mungsprofil einstellt, d.h. die Konstanz der Strömungsgröße ist ein sensitiver Indikator für die Konstanz des Strömungsprofils . Alternativ und ebenfalls bevorzugt bildet das Regelungsver¬ fahren ein Folgeregelungsverfahren:
So kann in einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsge- mäßen Verfahrens bei der Aerosoldeposition mittels der Düse auf ein Substrat deponiert werden, wobei insbesondere ein Ab¬ stand zwischen der Düse und dem Substrat geändert wird. Dies mag zweckmäßig sein, um je nach Substratabstand und
Partikelenergie im Aerosol auf- oder abzutragen. Um das Strö- mungsverhalten auf diesen neuen Abstand zu optimieren, wird in dieser Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig der Parameter bei der Änderung des Abstandes angepasst, d.h. das Rege¬ lungsverfahren bildet ein Folgeregelungsverfahren. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bildet bei dem Verfahren ein geänderter Abstand eine Störgröße, die mit dem Parameter kompensiert wird. Alternativ und ebenfalls be¬ vorzugt bildet der Abstand einen Parameter, welcher allein oder gemeinsam mit einem oder mehreren der vorhergehend ge- nannten Parameter gestellt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aerosoldeposition ist zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie oben beschrieben ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Düse und mindestens einen Aktor zur Stellung min¬ destens eines Parameters der Aerosoldeposition und eine Strö- mungserfassungseinrichtung zur Erfassung mindestens einer Strömungsgröße auf. Zweckmäßig weist dabei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche zur Stellung des mindes- tens einen Aktors abhängig von der erfassten mindestens einen Strömungsgröße eingerichtet ist.
Geeigneterweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Parameter mit mindestens einem Massenfluss, insbesondere ei- nes Pulvers und/oder eines Trägergases eines Aerosols zur Ae¬ rosoldeposition, und/oder mindestens einem Druck und/oder mindestens einer Druckdifferenz gebildet. Vorzugsweise han¬ delt es sich bei dem Druck oder einem Druck der Druckdiffe- renz um einen Druck in einer die Düse speisenden Aerosolleitung und/oder einer Vakuumkammer, welche zweckmäßig Bestandteil der Vorrichtung ist und in welcher die Düse zur Aerosoldeposition angeordnet ist.
Bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Strö- mungserfassungseinrichtung mit einer Abbildungsoptik, insbesondere einem optischen Strömungsvisualisierungsaufbau und/oder einem Schlierenphotographieaufbau und/oder einem Shadowgraphaufbau, d.h. einem Aufbau zur Durchführung der Shadowgraph-Technik, gebildet.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Aktor mit einem Massenflussregler und/oder einem
Druckbeaufschlagungsmittel, vorzugsweise an einer die Düse speisenden Aerosolleitung der Vorrichtung und/oder einer Vakuumkammer der Vorrichtung, in welcher die Düse zweckmäßigerweise angeordnet ist, gebildet. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Die einzige Zeichnungsfigur 1 zeigt eine erfindungsgemäße An¬ lage zur Aerosoldeposition zur Ausführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens schematisch in einem Signalflussdiagramm.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage ANL zur Aerosoldeposition ist zur Beschichtung eines Substrats SUB ausgebildet. Dazu umfasst die Anlage ANL zunächst in an sich bekannter Weise eine Pulverquelle zur Bereitstellung von Pulver des zur Beschichtung des Substrats vorgesehenen Werkstoffs sowie eine Trägergasquelle zur Bereitstellung von Trägergas, welches zur Bildung eines Aerosols mit dem Pulver vorgesehen ist (die Pulverquelle und die Trägergasquelle selbst sind in Fig.
nicht explizit gezeigt) .
Die Pulverquelle und die Trägergasquelle speisen gemeinsam einen Dispergierer DISP der Anlage ANL, welcher zur Aerosol- bildung eingerichtet ist. Dazu weisen sowohl die Pulverquelle als auch die Trägergasquelle jeweils einen Massenflussregler MRP, MRT auf, welche den Massenfluss des Pulvers sowie den Massenfluss des Trägergases zum Dispergierer DISP auf jeweils einen gewünschten Wert als Regelgröße regeln.
Der Dispergierer DISP löst das Pulver im Trägergas und bildet in an sich bekannter Weise das Aerosol zur Aerosoldeposition. Das Aerosol strömt aus dem Dispergierer DISP mittels einer Aerosolleitung AEL aus, welche in eine Vakuumkammer VAK der
Anlage ANL führt. Die Vakuumkammer VAK wird mittels einer Va¬ kuumpumpe VAP auf einen jeweils geeigneten Vakuumdruck gestellt und gehalten. Innerhalb der Vakuumkammer VAK endet die Aerosolleitung AEL in einer Düse DUE, welche zur Beströmung des ebenfalls in der Vakuumkammer VAK befindlichen Substrats SUB und folglich zur Abscheidung einer Schicht auf dem Substrat SUB eingerichtet ist. Das Substrat SUB ist stromabwärts einer vorgesehenen Strömungsrichtung der Düse DUE, im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Düsenöffnung der Düse DUE zugewandt, angeordnet. Das Substrat SUB bildet ein Flachteil mit einer sich eben und flächig erstreckenden Flachseite FLS, welche der Düse DUE zugewandt ist und sich mit ihren flächi¬ gen Erstreckungsrichtungen senkrecht zu einer zentralen
Strahlrichtung der Düse DUE erstreckt.
Der Bereich BER zwischen Düse DUE und Substrat SUB, in welchem das Aerosol aus der Düse DUE austritt und auf das Sub¬ strat SUB geströmt wird, wird mittels einer Punktlichtquelle PUN beleuchtet und mittels einer Auswerteinrichtung AUS der Anlange ANL erfasst. Die Punktlichtquelle ist in an sich be¬ kannter Weise mit dem auskoppelnden Ende einer Glasfaser gebildet, kann in weiteren, nicht eigens gezeigten Ausführungs¬ beispielen aber auch anders gebildet sein. Die Auswerteinrichtung AUS umfasst eine Abbildungsoptik ABB, welche den Be- reich BER auf eine Kamera KAM abbildet. Dabei ist die Abbil¬ dungsoptik ABB zur Visualisierung des Strömungsprofils des Aerosols im Bereich BER ausgebildet, d.h. die Abbildungsoptik visualisiert die Druckflanken, die sich im Bereich BER aus- bilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Abbil¬ dungsoptik einen Schlierenphotographieaufbau, welcher in an sich bekannter Weise zur Schlierenphotographie ausgebildet ist (in der Zeichnung ist die Abbildungsoptik nur schematisch gezeigt) . In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann anstelle der Schlierenphotographie auch die Shadowgraph-Technik eingesetzt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Kamera KAM eine Videokamera ge¬ nutzt, welche den Bereich BER somit zeitlich kontinuierlich erfasst. Ein von der Kamera KAM jeweils zu einem Zeitpunkt erfasstes Bild BIL visualisiert den räumlichen Verlauf der sich zu diesem Zeitpunkt zwischen Düse DUE und Substrat SUB ausbildenden Druckflanken des Aerosols. Das Bild BIL wird einer Prozessregelungseinrichtung PRO der Anlage ANL zugeführt. Ferner werden der Prozessregelungseinrichtung PRO die jeweils in der Aerosolleitung AEL sowie innerhalb der Vakuumkammer VAK herrschenden Drücke übermittelt. Dazu umfasst die Anlage ANL Druckmesser DRM, welche an der Aerosolleitung AEL und an der Vakuumkammer VAK angeordnet und mit der Prozessregelungseinrichtung PRO signalverbunden sind.
Die Prozessregelungseinrichtung PRO ist sowohl mit dem Massenflussregler MRP der Pulverquelle als auch mit dem Massen- flussregler MRT der Trägergasquelle zu deren Steuerung signalverbunden. Dazu ist die Prozessregelungseinrichtung PRO eingerichtet, einen aktuellen gewünschten Sollwert für den Massenfluss des Pulvers an den Massenflussregler MRP der Pulverquelle und einen aktuellen gewünschten Sollwert für den Massenfluss des Trägergases an den Massenflussregler MRT der Trägergasquelle zu übermitteln.
Die Prozessregelungseinrichtung PRO ist dazu ausgebildet, den aktuellen Sollwert für den Massenfluss des Pulvers und den aktuellen Sollwert für den Massenfluss des Trägergases wie folgt zu ermitteln: Die Anlage ANL ist zu Beginn der Aerosoldeposition in an sich bekannter Weise auf optimale Parameter einjustiert, d.h. ins¬ besondere der Druck in der Aerosolleitung AEL und der Druck in der Vakuumkammer VAK sowie der Abstand von Substrat SUB und Düse DUE sowie die Massenflüsse von Pulver und Trägergas entsprechen jeweils den für eine optimale Ausbildung der Schicht erforderlichen Vorgaben. Die Prozessregelungseinrich- tung PRO überwacht diese Vorgaben, indem sie jeweils ein ak¬ tuelles Bild BIL des Bereichs BER mit den Druckflanken des Aerosols erhält. Im Falle etwa der Agglomeration von Pulverpartikeln im Dispergierer DISP oder von Anlagerungen in der Aerosolleitung AEL oder der Düse DUE führen die gewählten Vorgaben in der Regel nicht mehr zur optimalen Ausbildung der Schicht auf dem Substrat SUB. Diese Abweichungen führen zu allmählichen Veränderungen des Verlaufs der Druckflanken in den Bildern BIL. Die Prozessregelungseinrichtung PRO stellt mittels Bildauswertung diese Veränderungen des Verlaufs der Druckflanken fest und stellt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr den Massenfluss des Pulvers und den Massen- fluss des Trägergases mittels der Massenflussregler MRP, MRP derart, dass dieser Veränderung des Verlaufs der Druckflanken entgegengewirkt wird. Folglich bewirkt die Prozessregelungs¬ einrichtung PRO, dass sich das Strömungsverhalten in dem Bereich BER nicht ändert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird anstelle der Mas¬ senflüsse des Pulvers und/oder des Trägergases der Abstand zwischen Substrat SUB und Düse DUE geändert. Dazu sind Sub¬ strat und/oder Düse beispielsweise auf einem elektrisch verfahrbaren Schrittmotor angeordnet, sodass der Abstand mit¬ tels Verfahrens von Düse und/oder Substrat durch die Prozess¬ regelungseinrichtung PRO derart gestellt werden kann, dass sich die Druckflanken relativ zum Substrat so wenig wie möglich ändern.
In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Abstand zwischen Düse DUE und Substrat SUB be- wusst aus einem prozesstechnischen Grund auf einen Vorgabeab- stand geändert. Mittels der Prozessregelungseinrichtung werden nun anhand der Bilder BIL die Massenflüsse von Pulver und Trägergas derart geändert, dass der optimale Arbeitsabstand für die Aerosoldeposition an den Vorgabeabstand angepasst wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aerosoldeposition mittels einer zum Ausströmen von Aerosol ausgebildeten Düse (DUE) und mit zumindest einem Parameter, der zumindest eine Strömungsgröße (BIL) des aus der Düse (DUE) ausgeströmten Aeorosols beeinflusst, wobei die zumindest eine Strömungsgröße (BIL) erfasst und zur Stel¬ lung des zumindest einen Parameters abhängig von der erfass- ten Strömungsgröße (BIL) herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Strömungsgröße (BIL) ortsabhängige Druckinformation, insbe¬ sondere eine räumliche Position und/oder eine räumliche Ge¬ stalt von Druckflanken, umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der mindestens eine Parameter mit einem Massenfluss und/oder einem Druck und/oder einer Druckdifferenz gebildet ist .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zumindest eine Strömungsgröße (BIL) mittels eines bildgebenden, insbesondere strömungsvisualisierenden, Verfahrens (ABB) erfasst wird, vorzugsweise mit, insbesondere zeit- aufgelöster, Schlierenphotographie und/oder mittels
Shadowgraph-Technik .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der mindestens eine Parameter mittels eines Rege- lungsverfahrens gestellt wird, bei welchem vorzugsweise der zumindest eine Parameter die Stellgröße und die zumindest ei¬ ne Strömungsgröße (BIL) die Regelgröße des Regelungsverfah¬ rens bildet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Regelungsverfahren ein Festwertregelungsverfahren bildet .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei der Aerosoldeposition mittels der Düse (DUE) auf ein Substrat (SUB) deponiert wird, wobei ein Abstand zwischen der Düse (DUE) und dem Substrat (SUB) geändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein geänderter Abstand eine Störgröße und/oder den zumindest einen Parameter bildet.
9. Vorrichtung zur Aerosoldeposition nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Düse (DUE) und mindestens einen Aktor (MRP, MRT) zur Stellung mindestens eines Parameters der Aerosoldeposition und eine Strö- mungserfassungseinrichtung (AUS, ABB, KAM) zur Erfassung mindestens einer Strömungsgröße umfasst, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung (PRO) aufweist, welche zur Stellung des mindestens einen Aktors (MRP, MRT) abhängig von der er- fassten mindestens einen Strömungsgröße eingerichtet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Paramater mit mindestens einem Massenfluss und/oder mindestens einem Druck und/oder mindestens einer Druckdifferenz gebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Strömungserfassungseinrichtung (AUS, ABB, KAM) mit einer Abbildungsoptik (ABB) , insbesondere einem optischen Strömungsvisualisierungsaufbau und/oder einem
Schlierenphotographieaufbau und/oder einem Shadowgraph- Aufbau, gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Aktor (MRP, MRT) mit einem Massenflussregler (MRP, MRT) und/oder einem Druckbeaufschlagungsmittel gebildet ist .
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