WO2020120623A1 - Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung von in einem prozessgas mitgeführten partikeln sowie filter hierfür - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung von in einem prozessgas mitgeführten partikeln sowie filter hierfür Download PDF

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oxidizing agent
filter
process gas
oxidant
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Ulrich Kleinhans
Philip STRÖBEL
Sven Pawliczek
Johannes RUMPEL
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative production of three-dimensional objects, and a filter therefor.
  • Devices and methods for the generative production of three-dimensional objects are used for example in rapid prototyping, rapid tooling or additive manufacturing.
  • An example of such a method is known under the name "selective laser sintering or laser melting".
  • a thin layer of a powdery building material is repeatedly applied and the building material in each layer is selectively solidified by selective irradiation with a laser beam from points corresponding to the cross section of the object to be produced in the respective layer.
  • particles in particular metal condensates
  • a process gas discharged from the process chamber when metallic building materials are used, some of which are highly reactive and react at high temperatures with high heat release.
  • This can lead to uncontrolled filter fires or dust explosions, particularly in the area of filters on which the particles carried in the process gas collect.
  • This risk is increased if, for example, a corresponding filter chamber for changing the filter or filters is opened, which increases the likelihood of a reaction due to the associated increased air supply.
  • EP 1 527 807 proposes inerting by separating dust components from an explosive dust-air mixture by using additive particles with which filter plates are loaded.
  • the amount of the additive particles is chosen so that the mixture of these particles with an entered dust does not constitute a combustible mixture, at least until an upper fill level of a dust container is reached.
  • particles made of calcium carbonate and silicon dioxide are mentioned as additive particles.
  • additional particles means that, in addition to providing them, the upper fill level can also be reached more quickly, so that the dust container has to be emptied more often.
  • the object of the present invention is to provide an alternative or improved method or an alternative or improved device for the aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative creation of three-dimensional objects, in particular metal condensates, and a filter therefor which minimize the risk of uncontrolled particle burn-off.
  • This object is achieved by a method according to claim 1, an aftertreatment device according to claim 7 and a filter according to claim 15. Further developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the method can also be further developed by the features of the devices below or specified in the subclaims, or vice versa, or the features of the devices can also be used with each other for further training.
  • Process gas is understood here to mean the gas which is removed, in particular extracted, from a process chamber and which, depending on the manufacturing process, can also be an inert gas or can comprise this.
  • the process gas can contain both unconsolidated portions of a building material and process by-products such as condensates, for example metal condensates.
  • Such constituents carried in the process gas are summarized under the term “particles”, it being preferred not to feed the unsolidified portions of the building material or to contain them only in smaller quantities than in the process gas when it emerges from the process chamber to the aftertreatment process according to the invention. This can be done, for example, with the aid of a cyclone separator, which effectively at least largely separates unsolidified portions of the building material from the process by-products.
  • oxidation is basically understood to mean a reaction according to the broad, chemically familiar definition, that is to say a reaction in which electrons are released by an electron donor and electrons are accepted by an electron acceptor.
  • condensate particles as electron donors preferably give off electrons to the oxidizing agent as an electron acceptor.
  • the oxidation reaction is carried out by oxygen as an acceptor, for example atmospheric oxygen or an alternative carrier or reactive gas containing oxygen as an oxidizing agent.
  • the form of oxygen is not limited to molecular oxygen, that is to say O2, but also includes other forms such as ozone, that is to say O3, or other element and / or molecular compounds containing oxygen atoms, the oxygen content of which can be used as an oxidizing agent.
  • oxidizing agents include hydrogen peroxide H2O2 and its adducts such as sodium percarbonate, oxygen-containing anions (oxo anions) of transition metals in high oxidation levels such as permanganate MnO 4 " or dichromate Cr207 2- and chromium (VI) oxide (Jones oxidation), metal ions such as Ce 4 + , Noble metal ions such as those of silver and copper, anions of halogen oxygen acids such as bromate Br03 " and hypochlorite CIO, sulfur and the halogens fluorine, chlorine, bromine and iodine are known.
  • the fire or explosion tendency of the Particles are either at least sufficiently inhibited or the particles are "burned" in a targeted and controlled manner, ie reacted.
  • the targeted oxidation reaction this is preferably initiated, that is to say, initiated by changing a particle environment and / or targeted energy input.
  • the oxidizing agent and / or the condensate particles and / or the unconsolidated building material, as described later, and / or the particle environment can be heated to a predetermined temperature.
  • the targeted heating of the particles reduces, for example in comparison to the heating of the particle environment, the temperature in the aftertreatment device in such a way that overheating is counteracted.
  • the method according to the invention initially does not provide for a mandatory sequence of the steps of supplying the oxidizing agent and initiating an oxidation reaction.
  • the initiation can also take place before the supply of the oxidizing agent or vice versa.
  • the sequence of the method steps can result from the respective embodiments. It is also possible to initiate the oxidation reaction solely with the supply of the oxidizing agent, and equally with the sole supply of energy from one of the abovementioned energy input sources, wherein, in other words, only one of the abovementioned process steps by carrying out the process according to the invention in the sense of controlled process by-product oxidation is sufficient.
  • the initiation of an oxidation reaction relates to the initiation of an oxidation reaction or is supported.
  • oxidizing agents such as oxygen components in the process gas or admixtures that carry the particles
  • the invention is directed to controlled oxidation reactions which are triggered or supported by the targeted initiation of an oxidation reaction.
  • the process according to the invention proceeds in a particularly controlled manner if the particles are surrounded by a largely inert atmosphere which limits or completely inhibits the reaction of the particles until an oxidation reaction is deliberately initiated or until the oxidizing agent is supplied and / or when the above-mentioned energy input is initiated.
  • process gas carrying the particles is itself an inert gas and that in the supply of the process gas and / or in the filter chamber mixing with potentially contained oxidizing agents is largely avoided except for the specifically supplied oxidizing agents or the supply of the Process gas and / or the filter chamber itself contain inert gas, for example, are flooded with it. If the process gas itself is not an inert gas, it can be mixed with inert gas in the feed and / or in the filter chamber to such an extent that a reaction of the particles with their particle environment is reduced or completely inhibited until the targeted supply of oxidizing agent.
  • the oxidation reaction does not have to be provided for all particles, but can be limited to those particles which, due to their size or their surface-volume ratio, their reaction properties and / or their proportion, represent a corresponding risk of fire or explosion.
  • conglomerations or agglomerations of the particles up to sintering can also occur, by means of which the active surface can be reduced to a non-hazardous level. Such an effect can also be caused by the exothermic oxidation reaction.
  • unconsolidated portions of a building material before the oxidation reaction or preferably condensate particles from the particle environment carried in the process gas, for example by means of centrifugal separators can be pre-separated in order to be able to be recycled, so that the oxidation reaction thus essentially to the condensates as particles is directed.
  • These are often present, for example, as agglomerated particles with primary particle diameters in the range from 80 to 120 nm, as primary particles in the range from 5 to 50 nm.
  • the general risk of fire and explosion can be reduced with preferably no or only a slight change in the particle size.
  • the risk of fire and explosion after changing the filter during disposal or other further treatment of the filter and the particles or the particle residues, if any is reduced compared to a filter change without prior treatment of the particles carried in the process gas.
  • the supplied oxidizing agent is preferably supplied to a particle environment, which is preferably provided in a flowable, more preferably gaseous, in particular in the form of inert gas.
  • the flowable particle environment supports the even distribution of the oxidizing agent in the particle environment.
  • the provision of a particle environment in gaseous form enables the process gas to be used directly, but is also advantageous with regard to the flow characteristics of gases for plant design.
  • an inert gas as the particle environment, the Reaction of its particles until a targeted oxidation reaction is prevented or at least inhibited.
  • the supply of the oxidizing agent is an enrichment of the particle environment with an oxidizing agent, in particular in a region of the intended oxidation reaction.
  • the particle environment can be formed by the process gas carrying the particles themselves or a medium contained in the supply of the process gas and / or the oxidant supply and / or the filter chamber or by a mixture thereof. Due to the fluidity of the particle environment, in particular in gaseous form, the oxidizing agent can be distributed well in the particle environment. If an inert gas is provided as part of the particle environment, the reaction risk of the condensate particles and / or the proportions of non-solidified construction material can be reduced by the inert environment, for example, until the oxidation reaction is initiated and / or the oxidant is added in a targeted manner.
  • the oxidizing agent is preferably provided in a suitable physical state, preferably flowable, more preferably gaseous, in particular in the form of oxygen. Depending on the oxidation reaction conditions, solids are also conceivable as oxidizing agents.
  • expedient relates to the purpose of the oxidation of the particles or of the particles to be supplied to the oxidation reaction, so that a largely complete oxidation reaction in this physical state can be assumed for these particles.
  • the flowability can, for example, facilitate the distribution of the oxidizing agent around the particles.
  • the uniform distribution is particularly well given, especially by a gaseous oxidizing agent.
  • oxygen as an oxidizing agent lends itself in many ways, such as due to its availability, especially with regard to the use of Atmospheric oxygen, the high affinity of many particle materials for oxygen in the sense of an oxidation reaction or also in the sense of a targeted combustion.
  • the particles preferably have a volume fraction of the oxidizing agent, in particular oxygen, of at least 0.01 vol.% And at most 20 vol.%, Preferably at least 1 vol.%, Particularly preferably at least 4 vol.%, And / or preferably at most 10 vol .-%, particularly preferably at most 6 vol .-%, based on the particle environment.
  • the particles are preferably heated, in particular to a temperature of at least 50 ° C. at most 650 ° C., preferably at least 75 ° C., more preferably at least 100 ° C. and / or preferably at most 200 ° C., more preferably at most 150 ° C.
  • an oxidation reaction can be initiated or supported.
  • the heating can take place before, after or even when the oxidizing agent is supplied.
  • the latter in particular when the location of the supply of the oxidizing agent is also provided as the location of the oxidation reaction, so that the heating takes place efficiently.
  • the supply of the oxidizing agent can also be heated upstream or downstream.
  • the fact that the heating is directed not at the gas of the particle environment but at the particles prevents overheating of the aftertreatment device described later, especially in the case of prolonged heating.
  • heat is essentially only absorbed by the particles, this heat absorption not being significant compared to the amount of heat in the gas.
  • the gas in the particle environment is recirculated and / or actively cooled.
  • gas in relation to the particle environment encompasses both the process gas and a gaseous oxidizing agent as well as other gases in the particle environment as well as a mixture of these, since this is not relevant as regards particle heating as such but must be viewed in the context of the oxidation reaction.
  • the heating temperature can expediently take on comparatively higher values, such as in the case of AISM OMg in the range of 200 ° C., the flame temperature of the particles due to the heating and / or the flame temperature of the filter due to the heating being allowed to be exceeded, provided the reaction in the Particle environment takes place without filter contact and before the filter contact the upper limit of the ignition temperature is fallen below again.
  • Alternatives to this, which are less sensitive to temperature, are metal or ceramic filters, for which the ignition temperature is higher.
  • the oxidizing agent content surrounding the particles in particular the oxygen content, and / or the temperature of the particle environment and / or the particles themselves is or are detected and influence or influence the activation of the oxidizing agent supply and / or a pickling device and / or a suction device.
  • the term “record” is not limited to a measurement of the corresponding values, but can also include their derivation from other information sources, such as parameter settings.
  • a measurement of the values can, for example, reflect state information that is independent of the setting.
  • the influence on the control of the oxidant supply and / or the pickling device and / or the suction can lie in a shutdown of at least one of these devices.
  • the influence corresponds to a regulation or readjustment in order to guide the method back into the predetermined range of the target values.
  • both possibilities of influencing are also provided, for example regulation in the event of deviations less than or equal to a predetermined deviation and switching off when this deviation is exceeded.
  • the aftertreatment device for the aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative production of three-dimensional objects, the particles being fed to a filter chamber, comprises an oxidizing agent supply for supplying oxidizing agent to the particles and means for initiating an oxidation reaction of the particles with the oxidizing agent.
  • the oxidizing agent supply can be designed as a line which can supply an oxidizing agent from an oxidizing agent store to the particles or merely as an oxidizing agent passage.
  • the means for initiating an oxidation reaction can comprise, for example, means for introducing an energy, in particular for increasing the temperature, or feeds or passages for feeding in catalysts, surface activating agents and / or electrolytes, as have already been mentioned extensively above.
  • the aftertreatment device can, for example, implement targeted oxidation of the particles in order to reduce the risk of fire and explosion.
  • the supply of oxidant is preferably assigned to the supply of the process gas and / or connected directly or indirectly to the filter chamber.
  • the supply of the process gas is understood as the supply of the process gas to the filter chamber.
  • the oxidant feed is assigned to the feed of the process gas, for example, starting from one oxidant feed and one feed of the process gas for several filter chambers, these multiple filter chambers can be operated, since the oxidant feed is not per chamber is to be provided.
  • an oxidant supply connected to the filter chamber can be advantageous.
  • an optional connection option or assignment option is also conceivable.
  • the connection to the filter chamber does not necessarily have to be immediate, but can also be provided indirectly, for example via functional intermediate sections, such as valve sections.
  • the targeted oxidation reaction of the particles can take place, for example, before the particles reach the filter chamber. If the oxidant supply is connected to the filter chamber, a targeted oxidation reaction can, for example, be limited to the area of the filter chamber.
  • the oxidant supply is preferably directed essentially to at least one filter in the filter chamber.
  • the particles reaching the at least one filter can be fed to an oxidation reaction or that the oxidation reaction can take place in the area of the filter, so that the deposition of the oxidized particles on the filter is promoted.
  • the alignment of the oxidant supply to the filter in the filter chamber has proven to be advantageous.
  • a control in particular a regulation, is preferably provided which controls the supply of oxidizing agent in such a way that it supplies it continuously, periodically or variably. Continuous supply of the oxidant can provide a minimum oxidant concentration. However, it may also be advantageous not to track the oxidizing agent, for example after the oxidation reaction has been initiated, but to let the oxidation reaction proceed under the amount supplied up to that point.
  • a variable feed in the sense of an event- or condition-dependent feed is advantageous in many cases, particularly with regard to consumption values and process control in the event of fire and explosion hazards. In the sense of a periodic or variable supply, the control can, for example, inhibit or block the supply of the process gas, such as by switching off a suction for the supply or via corresponding closure elements.
  • the aftertreatment device preferably has at least one energy input source whose energy input takes place from outside the filter chamber, in particular through a radiation-transparent area into an interior of the filter chamber, and / or inside the filter chamber, in particular through an energy input element integrated in the at least one filter.
  • the oxidizing agent and / or the particles and / or the particle environment is supplied with energy for initiating the oxidation reaction via the energy input source.
  • energy for initiating the oxidation reaction via the energy input source.
  • an activation energy is supplied to the particles and / or an energy for increasing the temperature in order to increase the probability of the activation energy being provided by the particles themselves.
  • the energy input can be directed onto the particles over a radiation-transparent area, for example, without further components or media heating up to essentially negligible absorption phenomena.
  • an arrangement within the filter chamber in particular an energy input element integrated in the at least one filter, can offer the advantage, for example, of introducing the energy input locally in a more targeted manner.
  • an energy input source is also conceivable, the energy input of which takes place from outside the supply of the process gas, in particular through a radiation-transparent area into an interior of the supply of the process gas and / or inside the supply of the process gas.
  • this can also be retrofitted in a simple manner by inserting an intermediate piece that includes the energy input source inside or outside and / or a radiation-transparent area, for example as a retrofit kit, into the supply of the process gas or one as a connector is added.
  • the corresponding intermediate or connecting piece can also have an inlet for the oxidant supply.
  • the intermediate or connecting piece comprises sensors for process monitoring.
  • the at least one energy input source is preferably designed as a heating device and can preferably be controlled and / or regulated via the control, in particular regulation.
  • heating device is understood to mean a device which enables the oxidizing agent, the particles and / or the particle environment to be heated.
  • a heater can be used as a means of initiating an oxidation reaction in the In the sense of providing an activation energy as well as in terms of the temperature-dependent oxidation processes.
  • the conglomeration or agglomeration and / or the sintering of the particles can also be supported, for example, by providing a predetermined temperature level. Via the connection to the controller, a temperature profile can be specified, which is directed to the different mechanisms of action.
  • the heating device can also be integrated into a regulation in order to be able to react to values deviating from control specifications or to be able to act according to regulation parameters.
  • the controller can provide the initiation of an oxidation reaction via the energy input source or generally the means for initiating the oxidation reaction periodically at predetermined time intervals or also event-dependent in terms of regulation, such as reaching a predetermined amount of particles, or on request by an operator, for example before opening the filter chamber.
  • the filter chamber can only be opened if an oxidation reaction has been initiated beforehand and the course of which can be assumed to have taken place or a process monitoring confirms this, possibly as a function of a detected quantity of particles in the filter chamber before the oxidation reaction as a trigger of the condition or afterwards in terms of a residual amount as a release condition.
  • Process monitoring is preferably provided, which monitors the oxidant content, in particular the oxygen content, and / or the temperature.
  • the process monitoring can be used, for example, to record process states, to output critical process states in the form of signal information or warning messages or to trigger shutdowns and / or to pass on actual values to the regulation as part of a regulation.
  • the sensors used for process monitoring to measure the oxidant content or the temperature are not limited to the detection of these quantities.
  • the amount of particles carried in the process gas can also be monitored.
  • the process monitoring can form its own independent unit or the quantities to be monitored are recorded by individual sensors, which are combined to form process monitoring, for example in the control.
  • the detection of the variables to be monitored is preferably to be provided in a location-resolved manner in the sense of determining a value in an area of interest, or at least in such a way that the detected variable can be used to draw conclusions about the variable to be monitored in an area of interest.
  • the control preferably controls the supply of oxidizing agent and / or the heating device and / or an extraction system on the basis of the process monitoring.
  • the oxidant supply can be increased, the temperature increased and / or the suction and thus the supply of the process gas can be throttled, for example, when an oxidant content that is too low is detected.
  • the regulation of the supply of the process gas can be directed on the one hand to the amount of particles carried in the process gas and / or to the amount of process gas carrying the particles, which in turn has an influence on the concentration of the oxidizing agent when supplied. Process monitoring and control thus form a control loop.
  • the filter according to the invention for use in a method according to the invention or a device according to the invention comprises a heating device which is designed as a resistance heater, in particular wire mesh and / or heating wire.
  • the heating device By designing the heating device as a resistance heater, a simple implementation can take place.
  • a wire mesh lends itself, which can be designed, for example, as a grid, mesh or irregular structure. An irregular structure can have different temperature ranges, for example, depending on the local structure density.
  • the wire mesh or the heating wire can be inserted into the filter fabric.
  • the filter comprises the heating device, retrofitting conventional filter chambers to an aftertreatment device or for applying the method for aftertreatment is also simplified here.
  • the filter can also be provided to provide the oxidizing agent or the other means for initiating an oxidation reaction. In the sense of providing the oxidizing agent, the filter can be formed, for example, from materials which act as electron acceptors, or can comprise these.
  • the filter In addition to the heating device, the filter can also act as a catalyst to initiate an oxidation reaction or support the formation of activation surfaces.
  • the initiation of the oxidation reaction on or in the area of the filter can also be advantageous in that the largest particle accumulations are to be expected there.
  • an oxidation reaction can be triggered periodically or when a critical amount is reached before opening the filter chamber, in particular as part of a process monitoring or control based on the determined boundary conditions.
  • FIG. 1 is a schematic view, partly in section, of a device for the generative production of a three-dimensional object.
  • FIG. 2 is a schematic view, partly in section, of an aftertreatment device for aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative production of three-dimensional objects in connection with a device according to FIG. 1 according to a first embodiment of the present invention, in which in a Embodiment the oxidant supply and the means for initiating the oxidation reaction of the filter chamber can be assigned.
  • 3 is a schematic view, partly in section, of an aftertreatment device for aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative production of three-dimensional objects in connection with a device according to FIG. 1 according to a second embodiment of the present invention, in which in a Embodiment the oxidant supply and the means for initiating the oxidation reaction of the supply of the process gas can be assigned.
  • FIG. 4 is a schematic view, partly in section, of an aftertreatment device for aftertreatment of particles carried in a process gas of a device for the generative production of three-dimensional objects in connection with a device according to FIG. 1 according to a third embodiment of the present invention, in which in a Embodiment the oxidant supply is directed to the filter and this includes the means for initiating the oxidation reaction.
  • FIG. 1 A device for the generative production of a three-dimensional object is described below with reference to FIG. 1.
  • the device shown in FIG. 1 is a laser sintering or laser melting device 1. To build an object 2, it contains a process chamber 3 with a chamber wall 4.
  • an upwardly open container 5 with a container wall 6 is arranged.
  • a working level 7 is defined through the upper opening of the container 5, the area of the working level 7 which lies within the opening and which can be used to build up the object 2, is referred to as construction field 8.
  • the process chamber 3 comprises a process gas supply 31 assigned to the process chamber and an outlet 53 for process gas.
  • a movable in a vertical direction V T carrier 10 is arranged, on which a base plate 11 is attached, which closes the container 5 down and thus forms the bottom thereof.
  • the base plate 11 can be separated from the bracket 10 may be a plate attached to the bracket 10, or it may be integrally formed with the bracket 10.
  • a building platform 12 can be attached to the base plate 11 as a building base on which the object 2 is built.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document. 1 shows the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 below the working level 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by building material 13 which has remained unconsolidated.
  • the laser sintering device 1 further contains a storage container 14 for a powdery building material 15 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater 16 which can be moved in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the building field 8.
  • the coater 16 extends across the whole direction of movement area to be coated.
  • a radiation heater 17 is optionally arranged in the process chamber 3, which serves to heat the applied building material 15.
  • an infrared radiator can be provided as the radiation heater 17.
  • the laser sintering device 1 also contains an exposure device 20 with a laser 21, which generates a laser beam 22, which is deflected via a deflection device 23 and through a focusing device 24 via a coupling window 25, which is attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4 the working level 7 is focused.
  • the laser sintering device 1 contains a control unit 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process.
  • the control unit can also be attached partially or entirely outside the device.
  • the control unit can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be separated from the device on a storage medium be stored, from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
  • a pulverulent material is preferably used as the building material 15, where building materials forming metal condensates are directed in the invention.
  • this includes in particular iron and / or titanium-containing building materials, but also copper, magnesium, aluminum, tungsten, cobalt, chromium and / or nickel-containing materials and compounds containing such elements.
  • the carrier 10 is first lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness.
  • the coater 16 first moves to the storage container 14 and takes from it a sufficient amount of the building material 15 to apply a layer. Then he drives over the building site 8, applies powdered building material 15 there to the building base or an already existing powder layer and pulls it out into a powder layer.
  • the application takes place at least over the entire cross section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction field 8, that is to say the area delimited by the container wall 6.
  • the powdery building material 15 is heated to a working temperature by means of a radiant heater 17.
  • the cross section of the object 2 to be produced is then scanned by the laser beam 22, so that the powdery building material 15 is solidified at the points which correspond to the cross section of the object 2 to be produced.
  • the powder grains are partially or completely melted at these points by means of the energy introduced by the radiation, so that after cooling they are connected to one another as solid bodies. These steps are repeated until the object 2 is finished and can be removed from the process chamber 3.
  • FIG. 2 shows a schematic view, partially shown in section, of an aftertreatment device 100 for the aftertreatment of one in a process gas 50 Device for the generative production of three-dimensional objects carried particles 51 in connection with a device 1 according to FIG. 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the particles 51 and the process gas 50 carrying the particles are represented by the corresponding arrow.
  • the process gas 50 carrying the particles 51 is discharged from the process chamber 3 via an outlet 53 into the feed 52 of the process gas 50 to the filter chamber 40, for example, is sucked off.
  • the filter chamber 40 has an inlet for an oxidant 60 fed via an oxidant feed 62, also shown as a corresponding arrow.
  • the oxidant feed 62 is aligned with the process gas 50 carrying particles 51 emerging from the feed 52 such that the oxidant 60 can penetrate the particle environment of the particles 51 in the region of the initiation of the oxidation reaction described below.
  • An energy input source 70 in the form of radiant heating is provided as a means of initiating the oxidation reaction, which couples its heat radiation into the filter chamber 40 via a transparent area 42 and absorbs it significantly from the particles 51 carried in the process gas 50, so that they are specifically heated.
  • the process gas 50 carrying the particles 51 or now particle residues is then discharged through the filter 41, on which the particles 51 or particle residues remain according to the filter characteristic.
  • the aftertreatment device can also have a separator, not shown, so that particles 51 formed from unconsolidated building material 13 are separated from the process gas 50, so that they are not fed to the aftertreatment.
  • the oxidant guide 62, the feed 52 of the process gas 50 and the energy input source 70 are arranged in such a way that the oxidation reaction is initiated by the energy input source 70 in the particle environment in which the oxidant 60 hits the process gas 50 carrying the particles 51 mixing the particle environment.
  • the particles 51 carried in the process gas 50 can also first be heated to a temperature which then leads to an oxidation reaction being triggered when the particles 51 meet the oxidizing agent 60.
  • the energy input to initiate the oxidation reaction can only take place when the particle environment has already been mixed with the oxidizing agent 60, provided that the oxidizing agent content is then still sufficient. This relates to both a spatial and temporal perspective.
  • the aftertreatment device in FIG. 2 has a control 80 which controls the oxidant supply 62 and thus the amount of oxidant 60 fed to the filter chamber, for example via valves, the outlet 53 and thus the amount of process gas 50 and particles 51 carried therein, as well as the energy input source 70 can control.
  • a process monitoring 90 is provided which detects at least the oxidant content, the amount of particles or the temperature in the filter chamber 40, in particular spatially resolved, via one or more sensors, such as sensors 91 and 92, which are described by way of example in relation to FIG. 3 and which can be included here by the process monitoring 90.
  • the regulation is carried out via the controller 80, but can also be formed by a separate unit from this.
  • the controller 80 can also be included in the control unit 29 of the laser sintering device 1 or assigned to the aftertreatment device 100.
  • the oxidant supply 621 and the energy input source designed as radiant heater 71 are the supply 521 of the process gas 50 and the therein carried particles 51 assigned.
  • the feed 521 comprises a feed section 5211 facing the process chamber 3, a feed section 5212 facing the filter chamber 40 and an intermediate section 5213.
  • the oxidant feed 621 feeds the oxidant 60 to the process gas 50 carrying the particles 51 in the feed section 5211 facing the process chamber 3 .
  • the feed can also be provided in the intermediate section 5213, in particular in front of the radiant heater 71 acting in the intermediate section 5213, or in the feed section 5212 facing the filter chamber 40.
  • the intermediate section 5213 is designed such that it can be inserted between the feed section 521 facing the process chamber 3 and the feed section 5212 facing the filter chamber 40.
  • the intermediate section 5213 can be a retrofit kit that enables conventional systems to be easily adapted to an aftertreatment device for the aftertreatment of particles carried in a process gas 50.
  • the intermediate section 5213 here has a circumferential radiation-transparent region 524, through which the energy of an energy input source 71, which likewise rotates around a longitudinal axis of the intermediate section 5213, is coupled into the intermediate section 5213.
  • the oxidizing agent 60 is first supplied to the process gas 50 carrying the particles 51 in the feed section 5211 facing the process chamber 3 via the oxidizing agent feed 621, so that the oxidizing agent 60 penetrates the particle environment of the particles 51 carried in the process gas 50.
  • the mixture of the process gas 50 carrying the particles 51 and the oxidizing agent 60 passes through the intermediate section 5213, in which the oxidation reaction is initiated via the energy input source 71.
  • a sensor 91 for detecting the amount of particles 51 carried in the process gas 50 in the feed section 5211 facing the process chamber 3 and a sensor unit 92 for measuring the temperature and the oxidant content in the intermediate section 5213 are provided.
  • the oxidizing agent supply 622 is connected to the filter chamber 40 in such a way that it is essentially directed towards the filter 41 and thus the oxidizing agent 60 flows around the filter 41 or passes through the oxidizing agent 60 becomes.
  • the oxidizing agent 60 can be efficiently supplied to the particles 51 carried in the process gas 50 at the filter 41.
  • the largest accumulation of particles 51 to be supplied to the targeted oxidation reaction can be assumed on the filter.
  • the filter 41 can also have a resistance heater in the form of a fleece wire 72 which is worked into or surrounding the filter fabric and which serves as a source of energy input in order to initiate the oxidation reaction.
  • a resistance heater in the form of a fleece wire 72 which is worked into or surrounding the filter fabric and which serves as a source of energy input in order to initiate the oxidation reaction.
  • the introduction of temperature by the heating wire can also be used to support an oxidation reaction initiated by other means.
  • process monitoring 90 is provided, which can, for example, pass on information about the oxidizing agent content, the temperature and / or the amount of particles 51 carried in the process gas 50 to the controller 80.
  • the process monitoring 90 detects the amount of the particles 51 fed to the filter chamber 40 and / or the filter 41, in order to trigger the oxidation reaction via the filler wire 72 when a predetermined amount of particles 51 is reached, with the flint wire 72 flinting.
  • An oxidation reaction is preferably brought about in such a way that the particles 51 on the filter 41 burn off.
  • a predetermined period of time can also be used as a criterion for initiating an oxidation reaction.
  • a further trigger event can also be provided, for example by specifying the operating personnel before the filter chamber 40 is opened to remove the filter 41.
  • the various alternatives can be transferred to the other embodiments on the one hand, but can also be combined with one another.
  • the supply of the oxidizing agent 60 via the oxidizing agent supply 622 can be controlled in such a way that the oxidizing agent 60 is made available to the filter chamber 40 when the oxidation reaction is initiated takes place or should take place.
  • at least a minimum level of an oxidizing agent content can in principle be continuously supplied to the filter chamber 40 or can be supplied such that the minimum level is maintained in the filter chamber 40.
  • an oxidation reaction with the oxidizing agent 60 is avoided as long as no initiation of the oxidation reaction is provided.
  • passivation of the particles 51 can be supported, for example, so that the burn-up which occurs as a result of the initiation of the oxidation reaction is directed towards the particles 51 which have not been sufficiently inhibited by their passivation in their tendency to fire and explode.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas (50) einer Vorrichtung (1) zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln (51), wobei die Partikel (51) einer Filterkammer (40) zugeleitet werden. Den Partikeln (51) wird ein Oxidationsmittel (60) zugeführt und eine Oxidationsreaktion der Partikel (51) mit dem Oxidationsmittel (60) angestoßen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas mitge führten Partikeln sowie Filter hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln sowie einen Filter hierfür. Vorrichtungen und Verfahren zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte werden beispielsweise beim Rapid Prototping, Rapid Tooling oder Additive Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen "Selektives Lasersintern oder Laserschmelzen" bekannt. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen von dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt.
Bei einer solchen Herstellung dreidimensionaler Objekte werden in einem aus der Prozesskammer abgeführten Prozessgas Partikel, insbesondere Metallkondensate bei Verwendung metallischer Aufbaumaterialen, die zum Teil hoch reaktiv sind und unter hohen Temperaturen bei starker Wärmefreisetzung reagieren, mitgeführt. Hierdurch kann es gerade 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 Luftzufuhr erhöht. Die EP 1 527 807 schlägt zum Abscheiden von Staubbestandteilen aus einem explosionsfähigen Staub-Luft-Gemisch eine Inertisierung durch Verwendung von Additiv- Partikeln vor, mit denen Filterplatten beladen werden. Die Menge der Additiv-Partikel wird dabei so gewählt, dass die Mischung aus diesen Partikeln mit einem eingetragenen Staub zumindest bis zum Erreichen eines oberen Füllstandes eines Staubbehälters kein brennbares Gemisch darstellt. Als Additiv-Partikel werden in Verbindung mit Aluminium-Staub Partikel aus Calciumcarbonat und Siliziumdioxid genannt. Durch die Verwendung zusätzlicher Partikel wird neben deren Bereitstellung aber auch ein schnelleres Erreichen des oberen Füllstandes in Kauf genommen, so dass der Staubbehälter öfter entleert werden muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives bzw. verbessertes Verfahren bzw. eine alternative bzw. verbesserte Vorrichtung zur Nachbehand- lung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Flerstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln, insbesondere Metallkondensaten, sowie einen Filter hierfür bereitzustellen, bei denen das Risiko eines unkontrollierten Parti- kelabbrands minimiert wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Nachbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 7 und einen Filter gemäß Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt, bzw. die Merkmale der Vorrichtungen können auch jeweils untereinander zur Weiterbildung genutzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Flerstellen dreidimensionaler Objekte mitge- führten Partikeln, wobei die Partikel einer Filterkammer zugeleitet werden, wird den Partikeln ein Oxidationsmittel zugeführt und eine Oxidationsreaktion der Partikel mit dem Oxidationsmittel angestoßen. Als Prozessgas wird hier das aus einer Prozesskammer abgeführte, insbesondere abgesaugte, Gas verstanden, das je nach Herstellprozess auch ein Inertgas sein oder dieses umfassen kann. In dem Prozessgas können sowohl unverfestigte Anteile eines Aufbaumaterials sowie Prozessnebenprodukte, wie Kondensate, beispielsweise Metallkondensate, enthalten sein. Derartige im Prozessgas mitgeführte Bestandteile werden unter dem Begriff„Partikel“ zusammengefasst, wobei es bevorzugt ist, die unver- festigten Anteile des Aufbaumaterials nicht oder nur in geringeren Mengen als im Prozessgas bei seinem Austritt aus der Prozesskammer enthalten dem erfindungsgemäßen Nachbehandlungsverfahren zuzuführen. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Zyklonabscheiders erfolgen, der unverfestigte Anteile des Aufbaumaterials von den Prozessnebenprodukten wirksam mindestens weitgehend trennt, erfolgen.
Grundsätzlich wird als„Oxidation“ im Rahmen der Erfindung eine Reaktion gemäß der breiten chemisch geläufigen Definition verstanden, also eine Reaktion unter Abgabe von Elektronen durch einen Elektronendonator und die Annahme von Elektronen durch einen Elektronenakzeptor. Bei der Oxidationsreaktion geben bevorzugt Kondensatpartikel als Elektronendonatoren Elektronen an das Oxidationsmittel als Elektronenakzeptor ab. Insbesondere erfolgt die Oxidationsreaktion durch Sauerstoff als Akzeptor, beispielsweise Luftsauerstoff oder einem alternativen, sauerstoffbeinhaltenden Träger- bzw. Reaktivgas als Oxidationsmittel. Die Form des Sauerstoffs ist dabei nicht auf molekularen Sauerstoff, also O2, beschränkt, sondern umfasst auch weitere Formen wie Ozon, also O3, oder andere, Sauerstoffatome enthaltende Element- und/oder Molekülverbindungen, deren Sauerstoffanteil als Oxidationsmittel genutzt werden kann. Als weitere Oxidationsmittel sind u.a. Wasserstoffperoxid H2O2 und seine Addukte wie Natriumpercarbonat, sauerstoffhaltige Anionen (Oxoanionen) von Übergangsmetallen in hohen Oxidationsstufen wie Permanganat MnO4" oder Dichromat Cr2072- und Chrom(VI)-oxid (Jones-Oxidation), Metallionen wie Ce4+, Edelmetallionen wie die von Silber und Kupfer, Anionen von Halogensauerstoffsäuren wie Bromat Br03" und Hypochlorit CIO , Schwefel und die Halogene Fluor, Chlor, Brom und lod bekannt. Durch die Oxidationsreaktion wird die Brand- oder Explosionsneigung der Partikel entweder zumindest ausreichend gehemmt oder die Partikel gezielt und damit kontrolliert„verbrannt“, also abreagiert.
Für die gezielte Oxidationsreaktion wird diese vorzugsweise durch eine Veränderung einer Partikelumgebung und/oder gezielten Energieeintrag angestoßen, also bewusst initiiert. Hierzu können beispielsweise das Oxidationsmittel und/oder die Kondensatpartikel und/oder das unverfestigte Aufbaumaterial, wie später beschrieben, und/oder die Partikelumgebung auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden. Die gezielte Aufheizung der Partikel reduziert, beispielsweise im Vergleich zur Aufheizung der Partikelumgebung, die Temperatur in der Nachbehandlungsvorrichtung so, dass einer Überhitzung dadurch entgegengetreten wird. Alternativ oder ergänzend sind aber neben einer Aufheizung, etwa durch eine Rohrheizung, einen Wärmetauscher, einen konvektiven Wärmeübergang bzw. einen Infrarot-Heizstrahler, auch andere Formen des Energieeintrags zum Anstoßen oder Unterstützen der Oxidationsreaktion o- der die Beeinflussung des Oxidationsmittels und/oder der Partikel möglich, beispielsweise durch photochemische Reaktion mit Blitzlicht, Plasma, Lichtbogen, elektrostatische Entladungen oder Wirbelströme, Katalysatoren zur atomaren Aufspaltung von Sauerstoff als Oxidationsmittel oder durch Einbringung von Aktivierungsmitteln zur Aktivierung von Metallkondensatoberflächen oder durch Elektrolyse. Demgemäß sieht das erfindungsgemäße Verfahren im Grundgedanken zunächst keine zwingende Reihenfolge der Schritte des Zuführens des Oxidationsmittels und des Anstoßens einer Oxidationsreaktion vor. In anderen Worten, kann der Anstoß auch vor der Zuführung des Oxidationsmittels erfolgen oder umgekehrt. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann sich aus den jeweiligen Ausführungsformen ergeben. Es ist ebenso möglich die Oxidationsreaktion alleinig mit der Zufuhr des Oxidationsmittels anzustoßen, sowie gleichermaßen mit der alleinigen Zufuhr von Energie aus einer der oben genannten Energieeintragsquellen, wobei, anders gesagt, nur einer der oben genannten Verfahrensschritte durch Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Sinne einer kontrollierten Prozessnebenproduktoxidation ausreicht.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich das erfindungsgemäße Anstoßen einer Oxidationsreaktion darauf bezieht, dass eine Oxidationsreaktion gezielt eingeleitet oder unterstützt wird. Solange die reaktionsfähigen Partikel von Oxidationsmitteln umgeben sind, wie beispielsweise Sauerstoffanteilen in dem die Partikel mitführenden Prozessgas oder Beimischungen, durch eine Zuführung des Prozessgases und eine Oxidationsmittelzuführung durch solche Anteile enthaltende Umgebungen, zum Beispiel weil die Zuführung des Prozessgases zur Filterkammer oder die Filterkammer selbst nicht luftdicht oder mit solchen Anteilen enthaltenden Gases geflutet ist, ist eine selbstständige Oxidation grundsätzlich anzunehmen. Diese beschränkt sich allerdings primär auf eine Passivierung durch Bildung von Oxidschichten auf den Partikeln und führt nur in wenigen Fällen, wie beispielsweise dem genannten Öffnen der Filterkammer und dem damit plötzlich zugeführten erhöhten Sauerstoffanteil zu exothermen Oxidationsreaktionen im Sinne eines Abbrandes. Ein solcher Abbrand verläuft dann allerdings unkontrolliert. Die Erfindung richtet sich jedoch auf kontrollierte Oxidationsreaktionen, die durch das gezielte Anstoßen einer Oxidationsreaktion ausgelöst oder unterstützt werden. Besonders kontrolliert verläuft das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Partikel bis zum gezielten Anstoßen einer Oxidationsreaktion bzw. bis zur Zuführung des Oxidationsmittels und/oder bei Initiierung des o.g. Energieeintrags von einer weitgehend inerten Atmosphäre umgeben sind, die die Reaktion der Partikel limitiert oder gänzlich hemmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das die Partikel mitführende Prozessgas selbst ein Inertgas ist und entweder in der Zuführung des Prozessgases und/oder in der Filterkammer eine Durchmischung mit potenziell darin enthaltenen Oxidationsmitteln bis auf die gezielt zugeführten Oxidationsmittel weitestgehend vermieden wird oder die Zuführung des Prozessgases und/oder die Filterkammer selbst Inertgas enthalten, beispielsweise damit geflutet sind. Ist das Prozessgas selbst kein Inertgas, kann dieses in der Zuführung und/oder in der Filterkam- mer soweit mit Inertgas versetzt werden, dass eine Reaktion der Partikel mit ihrer Par tikelumgebung bis zur gezielten Oxidationsmittelzuführung reduziert oder vollständig gehemmt wird.
Die Oxidationsreaktion muss nicht für alle Partikel vorgesehen werden, sondern kann sich auf die Partikel beschränken, die aufgrund ihrer Größe bzw. ihres Oberflächen- Volumen-Verhältnisses, ihrer Reaktionseigenschaften und/oder ihres Mengenanteils ein entsprechendes Brand- oder Explosionsrisiko darstellen. Im Zusammenhang mit einem Energieeintrag zum Anstoßen der Oxidationsreaktion, insbesondere im Hinblick auf ein Aufheizen, können zudem Konglomerationen oder Agglomerationen der Partikel bis hin zu einem Versintern auftreten, durch die die aktive Oberfläche auf ein ungefährliches Maß reduziert werden kann. Ein solcher Effekt kann auch durch die exotherme Oxidationsreaktion bedingt werden. Bevorzugt können, wie oben erwähnt, unverfestigte Anteile eines Aufbaumaterials vor der Oxidationsreaktion oder bevorzugt Kondensatpartikel aus der im Prozessgas mitgeführten Partikelumgebung, zum Beispiel mittels Fliehkraftabscheidern, vorabgeschieden werden, um wiederverwertet werden zu können, so dass die Oxidationsreaktion somit im Wesentlichen auf die Kondensate als Partikel gerichtet ist. Diese liegen beispielsweise häufig als agglomerierte Partikel mit Primärpartikeldurchmessern im Bereich von 80 bis 120 nm, als Primärpartikel im Bereich von 5 bis 50 nm, vor.
Hierdurch kann beispielsweise auf die Verwendung von Additiv-Partikeln verzichtet werden. Zudem kann sich, beispielsweise bei einem Abbrand bei nicht zu hohen Tem peraturen, die allgemeine Brand- und Explosionsgefahr unter bevorzugt keiner bzw. nur geringfügiger Änderung der Partikelgröße verringern. Insofern wird auch die nach dem Filterwechsel bei der Entsorgung oder anderweitigen weiteren Behandlung der Filter und der Partikel bzw. der Partikelrückstände ggf, weiterhin bestehende Brand- und Explosionsgefahr gegenüber einem Filterwechsel ohne vorherige Nachbehandlung der im Prozessgas mitgeführten Partikel verringert.
Vorzugsweise wird das zugeführte Oxidationsmittel einer Partikelumgebung zugeführt, welche bevorzugt fließfähig, mehr bevorzugt gasförmig, insbesondere in Form von Inertgas, bereitgestellt wird.
Die fließfähige Partikelumgebung unterstützt die gleichmäßige Verteilung des Oxidationsmittels in der Partikelumgebung. Die Bereitstellung einer Partikelumgebung in gasförmiger Form ermöglicht die direkte Nutzung des Prozessgases, ist aber auch hinsichtlich der Strömungscharakteristik von Gasen zur Anlagenausgestaltung von Vorteil. Durch die Verwendung eines Inertgases als Partikelumgebung wird zudem die Reaktion seiner Partikel bis zu einer gezielten Oxidationsreaktion unterbunden bzw. mindestens gehemmt.
Die Zuführung des Oxidationsmittels ist dabei eine Anreicherung der Partikelumge- bung mit einem Oxidationsmittel, insbesondere in einem Bereich der vorgesehenen Oxidationsreaktion.
Die Partikelumgebung kann durch das die Partikel mitführende Prozessgas selbst o- der ein in der Zuführung des Prozessgases und/oder der Oxidationsmittelzuführung und/oder der Filterkammer enthaltenes Medium oder durch eine Mischung hieraus gebildet sein. Durch die Fließfähigkeit der Partikelumgebung, insbesondere in gasförmiger Form, kann das Oxidationsmittel in der Partikelumgebung gut verteilt werden. Bei Vorsehung eines Inertgases als Teil der Partikelumgebung kann beispielsweise das Reaktionsrisiko der Kondensatpartikel und/oder der Anteile nicht-verfestigten Aufbau- materials durch die reaktionsträge Umgebung reduziert werden, bis die Oxidationsreaktion gezielt eingeleitet und/oder das Oxidationsmittel gezielt zugeführt wird.
Vorzugsweise wird das Oxidationsmittel in einem zweckmäßigen Aggregatzustand, bevorzugt fließfähig, mehr bevorzugt gasförmig, insbesondere in Form von Sauerstoff, bereitgestellt. Je nach Oxidationsreaktionsbedingungen sind aber auch Feststoffe als Oxidationsmittel denkbar.
Der Begriff„zweckmäßig“ bezieht sich auf den Zweck der Oxidation der Partikel bzw. der der Oxidationsreaktion zuzuführenden Partikel, so dass für diese Partikel eine wei- testgehend vollständige Oxidationsreaktion in diesem Aggregatzustand anzunehmen ist. Die Fließfähigkeit kann auch hier beispielsweise die Verteilung des Oxidationsmittels um die Partikel erleichtern. Bei einer gasförmigen Partikelumgebung ist die gleichmäßige Verteilung gerade durch ein gasförmigen Oxidationsmittels besonders gut gegeben.
Die Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel bietet sich in vielerlei Hinsicht an, wie aufgrund seiner Verfügbarkeit, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Luftsauerstoff, der im Sinne einer Oxidationsreaktionen hohen Affinität vieler Partikelmaterialen zu Sauerstoff oder auch im Sinne eines gezielt angestrebten Abbrands.
Vorzugsweise wird den Partikeln ein Volumenanteil des Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, von mindestens 0.01 vol.-% und höchstens 20 vol.-%, bevorzugt mindestens 1 vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 4 vol.-%, und/oder bevorzugt höchstens 10 vol.-%, besonders bevorzugt höchstens 6 vol.-%, bezogen auf die Partikelumgebung, zugeführt.
Hierdurch kann beispielsweise eine unkontrollierte Kettenreaktion verhindert und ein Explosionsschutz im Sinne der ATEX-Bestimmungen erreicht werden.
Vorzugsweise werden die Partikel aufgeheizt, insbesondere auf eine Temperatur von mindestens 50 °C höchstens 650 °C, bevorzugt mindestens 75 °C, mehr bevorzugt mindestens 100 °C und/oder bevorzugt höchstens 200 °C, mehr bevorzugt höchstens 150 °C.
Durch das Aufheizen der Partikel kann beispielsweise eine Oxidationsreaktion angestoßen oder unterstützt werden. Das Aufheizen kann vor, nach oder auch bei der Zuführung des Oxidationsmittels erfolgen. Letzteres insbesondere dann, wenn der Ort der Zuführung des Oxidationsmittels auch als Ort der Oxidationsreaktion vorgesehen ist, so dass das Aufheizen effizient erfolgt. Aus verschiedenen Gründen, wie konstruktionsbedingten Vorgaben, kann eine Aufheizung der Zuführung des Oxidationsmittels aber eben auch vor- oder nachgelagert sein.
Wie bereits angesprochen, wird dadurch, dass die Aufheizung nicht auf das Gas der Partikelumgebung, sondern auf die Partikel gerichtet ist, eine Überhitzung der später beschriebenen Nachbehandlungsvorrichtung, gerade bei längerer Aufheizung, vermieden. Beispielsweise wird bei Verwendung einer Strahlungsheizung im Wesentlichen nur von den Partikeln Wärme aufgenommen, wobei diese Wärmeaufnahme im Vergleich zur Wärmemenge im Gas nicht signifikant ist. Zudem ist auch grundsätzlich vorstellbar, dass das Gas der Partikelumgebung rezirkuliert und/oder aktiv gekühlt wird. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Begriff„Gas“ in Bezug auf die Partikelumgebung sowohl das Prozessgas als auch ein gasförmiges Oxidationsmittel als auch anderweitige in der Partikelumgebung befindliche Gase als auch eine Mischung aus diesen umfasst, da dies hinsichtlich der Partikelaufheizung als solcher nicht relevant ist, sondern im Kontext der Oxidationsreaktion zu betrachten ist.
Die Aufheiztemperatur kann materialabhängig zweckmäßigerweise vergleichsweise höhere Werte, wie bei AISM OMg im Bereich von 200 °C, annehmen, wobei insbesondere die Entflammungstemperatur der Partikel durch das Aufheizen und/oder die Entflammungstemperatur des Filters infolge des Aufheizens überschritten werden darf, sofern die Reaktion in der Partikelumgebung ohne Filterkontakt stattfindet und vor Filterkontakt wieder dessen obere Grenze der Entflammungstemperatur unterschritten wird. Temperatur-unempfindlichere Alternativen dazu sind Metall- oder Keramikfilter, für die die Entflammungstemperatur höher ist.
Vorzugsweise wird oder werden der die Partikel umgebende Oxidationsmittelgehalt, insbesondere der Sauerstoffgehalt, und/oder die Temperatur der Partikelumgebung und/oder der Partikel selbst erfasst und nimmt oder nehmen auf eine Ansteuerung der Oxidationsmittelzuführung und/oder einer Fleizvorrichtung und/oder einer Absaugung Einfluss.
Der Begriff„erfassen“ ist dabei nicht auf eine Messung der entsprechenden Werte beschränkt, sondern kann auch deren Ableitung aus anderen Informationsquellen, wie Parametereinstellungen, umfassen. Eine Messung der Werte kann beispielsweise jedoch einstellungsunabhängige Zustandsinformationen wiedergeben. Gemäß der erfassten Werte bzw. einer vorbestimmten Abweichung von Soll-Werten, kann die Einflussnahme auf die Ansteuerung der Oxidationsmittelzuführung und/oder der Fleizvorrichtung und/oder der Absaugung in einer Abschaltung zumindest einer dieser Einrichtungen liegen. In einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht die Einflussnahme aber einer Regelung bzw. Nachregelung, um das Verfahren wieder in den vorbestimmten Bereich der Sollwerte zu führen. Letztlich können aber in Abhängigkeit des Grades ei- ner Abweichung und der damit verbundenen Risiken auch beide Einflussnahmemöglichkeiten vorgesehen werden, beispielsweise eine Regelung bei Abweichungen kleiner oder gleich einer vorbestimmten Abweichung und Abschalten bei Überschreiten dieser Abweichung.
Die erfindungsgemäße Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln, wobei die Partikel einer Filterkammer zugeleitet werden, umfasst eine Oxidationsmittelzuführung zur Zuführung von Oxidationsmittel zu den Partikeln und Mittel zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion der Partikel mit dem Oxidationsmittel.
Die Oxidationsmittelzuführung kann als eine Leitung, die ein Oxidationsmittel aus einem Oxidationsmittelspeicher zu den Partikeln zuführen kann oder lediglich als Oxida- tionsmitteldurchlass ausgebildet sein. Die Mittel zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion können beispielsweise Mittel zum Eintrag einer Energie, insbesondere zur Temperaturerhöhung, oder Zuführungen oder Passagen zur Zuführung von Katalysatoren, Oberflächenaktivierungsmitteln und/oder Elektrolyten umfassen, wie sie oben bereits umfassend erwähnt wurden.
Wie bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, kann die Nachbehandlungsvorrichtung beispielsweise eine gezielte Oxidation der Partikel realisieren, um eine Brand- und Explosionsgefahr zu reduzieren. Vorzugsweise ist die Oxidationsmittelzuführung der Zuführung des Prozessgases zugeordnet und/oder mittel- oder unmittelbar an die Filterkammer angeschlossen.
Die Zuführung des Prozessgases wird als die Zuführung des Prozessgases zur Filterkammer verstanden. Bei Zuordnung der Oxidationsmittelzuführung zur Zuführung des Prozessgases können beispielsweise ausgehend von einer Oxidationsmittelzuführung und einer Zuführung des Prozessgases für mehrere Filterkammern diese mehreren Filterkammern bedient werden, da die Oxidationsmittelzuführung nicht pro Kammer vorzusehen ist. Umgekehrt kann beispielsweise ausgehend von einer Filterkammer und mehreren Zuführungen des Prozessgases eine an der Filterkammer angeschlossene Oxidationsmittelzuführung vorteilhaft sein. Denkbar ist zur Erhöhung der Flexibilität auch eine wahlweise Anschlussmöglichkeit bzw. Zuordnungsoption. Der An- Schluss an die Filterkammer muss nicht zwingend unmittelbar erfolgen, sondern kann auch indirekt, beispielsweise über funktionale Zwischenabschnitte, wie Ventilabschnitte, vorgesehen sein.
Ferner kann durch den Anschluss der Oxidationsmittelzuführung an die Zuführung des Prozessgases die gezielte Oxidationsreaktion der Partikel beispielsweise schon erfolgen, bevor die Partikel die Filterkammer erreichen. Im Falle des Anschlusses der Oxidationsmittelzuführung an die Filterkammer kann beispielsweise umgekehrt eine gezielte Oxidationsreaktion auf den Bereich der Filterkammer begrenzt werden. Vorzugsweise ist die Oxidationsmittelzuführung im Wesentlichen auf zumindest einen Filter in der Filterkammer gerichtet.
Flierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die den zumindest einen Filter erreichenden Partikel einer Oxidationsreaktion zugeführt werden können oder dass die Oxidationsreaktion im Bereich des Filters erfolgen kann, so dass die Ablagerung der oxidierten Partikel am Filter begünstigt wird. Insbesondere im Hinblick auf die später beschrieben Ausgestaltung des Filters mit einer Energieeintragsquelle erweist sich die Ausrichtung der Oxidationsmittelzuführung auf den Filter in der Filterkammer als vorteilhaft.
Vorzugsweise ist eine Steuerung, insbesondere eine Regelung, vorgesehen, die die Oxidationsmittelzuführung derart ansteuert, dass diese das kontinuierlich, periodisch oder variabel zuführt. Eine kontinuierliche Zuführung des Oxidationsmittels kann eine Mindestoxidationsmittelkonzentration bereitstellen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, das Oxidationsmittel beispielsweise nach Anstoßen der Oxidationsreaktion zunächst nicht nachzuführen, sondern die Oxidationsreaktion unter der bis dahin zugeführten Menge ablaufen zu lassen. Eine variable Zuführung im Sinne einer ereignis- bzw. zustandsabhängigen Zuführung ist im Sinne einer Regelung eine gerade im Hinblick auf Verbrauchswerte und die Prozesskontrolle bei Brand- und Explosionsgefährdungen in vielen Fällen vor- teilhaft. Im Sinne einer periodischen oder variablen Zuführung kann die Steuerung beispielsweise die Zuführung des Prozessgases hemmen oder sperren, wie über das Abschalten einer Absaugung zur Zuführung oder über entsprechende Verschlusselemente. Hierüber ist es möglich, die Oxidationsreaktion in einem quasi geschlossenen System ablaufen zu lassen. Insbesondere kann bei Einrichtungen zur Vermeidung ei- ner Rückkopplung zur Prozesskammer hin, wie dies vorzugsweise über Verschlusselemente gelöst werden kann, eine in die Prozesskammer hineinreichende unerwünschte Oxidationsreaktion unterbunden werden. Eine solche Hemmung oder Sperrung muss dabei nicht daran gebunden sein, dass keine zusätzliche Menge an im Prozessgas mitgeführten Partikeln in die Oxidationsreaktion eingebracht wird, sondern kann auch, beispielsweise bei einer Post-Oxidation, eine den Oxidationsprozess beeinflussende weitere Zuführung von Prozessgas, eben auch ohne Partikel, aussetzen. Sofern als Prozessgas ein Inertgas verwendet wird, könnte dieses zum Beispiel andernfalls die Oxidationsfähigkeit wieder herabsetzen. Vorzugsweise weist die Nachbehandlungsvorrichtung zumindest eine Energieeintragsquelle auf, deren Energieeintrag von außerhalb der Filterkammer, insbesondere durch einen strahlungstransparenten Bereich in einen Innenraum der Filterkammer, und/oder innerhalb der Filterkammer, insbesondere durch ein in den zumindest einen Filter integriertes Energieeintragselement, erfolgt.
Über die Energieeintragsquelle wird dem Oxidationsmittel und/oder den Partikeln und/oder der Partikelumgebung eine Energie zum Anstoßen der Oxidationsreaktion zugeführt. Beispielsweise wird den Partikeln eine Aktivierungsenergie zugeführt und/oder eine Energie zur Erhöhung der Temperatur, um die Wahrscheinlichkeit der Bereitstellung der Aktivierungsenergie durch die Partikel selbst zu erhöhen. Bei einer Anordnung außerhalb der Filterkammer kann der Energieeintrag über einen strahlungstransparenten Bereich beispielsweise auf die Partikel gerichtet werden, ohne dass sich weitere Komponente oder Medien bis auf im Wesentlichen vernachlässigbare Absorptionserscheinungen aufheizen.
Alternativ oder ergänzend kann eine Anordnung innerhalb der Filterkammer, insbesondere ein in den zumindest einen Filter integriertes Energieeintragselement, beispielsweise den Vorteil bieten, den Energieeintrag lokal gezielter einzubringen. Ebenso ist aber auch eine Energieeintragsquelle denkbar, deren Energieeintrag von außerhalb der Zuführung des Prozessgases, insbesondere durch einen strahlungstransparenten Bereich in einen Innenraum der Zuführung des Prozessgases, und/oder innerhalb der Zuführung des Prozessgases, erfolgt. Bei einer der Zuführung des Prozessgases zugeordneten Energieeintragsquelle kann diese auch in einfacher Weise nachgerüstet werden, indem ein die Energieeintragsquelle innerhalb oder außerhalb umfassende und/oder einen strahlungstransparenten Bereich aufweisendes Zwischenstück, zum Beispiel als Nachrüstsatz, in die Zuführung des Prozessgases eingeführt oder ein solches als Anschlussstück angefügt wird. Das entsprechende Zwischen- oder Anschlussstück kann neben der Energieeintragsquelle auch einen Einlass für die Oxidationsmittelzuführung aufweisen. Alternativ oder ergänzend umfasst das Zwischen- oder Anschlussstück Sensoren zur Prozessüberwachung. Vorzugsweise ist die zumindest eine Energieeintragsquelle bevorzugt als Heizvorrichtung ausgebildet und bevorzugt über die Steuerung, insbesondere Regelung, ansteuerbar und/oder regelbar.
Unter dem Begriff„Heizvorrichtung“ wird eine Vorrichtung verstanden, die die Erwär- mung des Oxidationsmittels, der Partikel und/oder der Partikelumgebung ermöglicht. Eine solche Heizvorrichtung kann als Mittel zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion im Sinne der Bereitstellung einer Aktivierungsenergie als auch im Sinne der temperaturabhängigen Oxidationsabläufe genutzt werden. Zudem kann beispielsweise auch über die Bereitstellung eines vorbestimmten Temperaturniveaus die Konglomeration bzw. Agglomeration und/oder das Versintern der Partikel unterstützt werden. Über die An- bindung an die Steuerung kann ein Temperaturverlauf vorgegeben werden, der jeweils auf die verschiedenen Wirkmechanismen gerichtet ist. In vergleichbarer Weise kann die Heizvorrichtung auch in eine Regelung eingebunden werden, um auf von Steuerungsvorgaben abweichende Werte reagieren oder gemäß Regelparametern agieren zu können.
Die Steuerung kann das Anstoßen einer Oxidationsreaktion über die Energieeintragsquelle oder allgemein das Mittel zum Anstoßen der Oxidationsreaktion periodisch in vorbestimmten Zeitabständen vorsehen oder auch ereignisabhängig im Sinne einer Regelung, wie beispielsweise dem Erreichen einer vorbestimmten Partikelmenge, o- der auf Anforderung durch einen Bediener, zum Beispiel vor dem Öffnen der Filterkammer. In Bezug auf das letztgenannte Beispiel kann auch vorgesehen sein, dass sich die Filterkammer erst öffnen lässt, wenn zuvor eine Oxidationsreaktion angesto ßen wurde und deren Ablauf als erfolgt angenommen werden kann oder eine Prozessüberwachung dies bestätigt, ggf. in Abhängigkeit einer erfassten Partikelmenge in der Filterkammer vor der Oxidationsreaktion als Auslöser der Bedingung oder danach im Sinne einer Restmenge als Freigabebedingung.
Vorzugsweise ist eine Prozessüberwachung vorgesehen, die den Oxidationsmittelgehalt, insbesondere den Sauerstoffgehalt, und/oder die Temperatur überwacht.
Die Prozessüberwachung kann beispielsweise dazu dienen, Prozesszustände aufzuzeichnen, kritische Prozesszustände in Form von Signalinformationen oder Warnmeldungen auszugeben oder Abschaltungen auszulösen und/oder als Teil einer Regelung Ist-Werte an die Regelung weiterzugeben. Die zur Prozessüberwachung ge- nutzte Sensorik zur Messung des Oxidationsmittelgehaltes oder der Temperatur ist nicht auf die Erfassung dieser Größen beschränkt. Alternativ oder ergänzend kann auch die Menge der im Prozessgas mitgeführten Partikel überwacht werden. Als Einrichtung zur Prozessüberwachung kann die Prozessüberwachung eine eigene unabhängige Einheit bilden oder die Erfassung zu überwachender Größen durch einzelne Sensoren, die zu einer Prozessüberwachung, beispielsweise in der Steuerung, zusammengefasst werden, erfolgen. Die Erfassung der zu überwachenden Größen ist bevorzugt ortsaufgelöst im Sinne der Ermittlung eines Wertes in einem interessierenden Bereich vorzusehen oder zumindest derart, dass über die erfasste Größe ein Rückschluss auf zu die überwachende Größe in einem interessierenden Bereich getroffen werden kann.
Vorzugsweise steuert die Steuerung auf Basis der Prozessüberwachung die Oxidationsmittelzuführung und/oder die Heizvorrichtung und/oder eine Absaugung.
Als Reaktion auf die von Prozessüberwachung erfassten Werte kann zum Beispiel bei Erfassung eines zu niedrigen Oxidationsmittelgehalts die Oxidationsmittelzuführung erhöht, die Temperatur erhöht und/oder die Absaugung und somit die Zuführung des Prozessgases gedrosselt werden. Die Regelung der Zuführung des Prozessgases kann einerseits auf die Menge der in dem Prozessgas mitgeführten Partikel gerichtet sein und/oder auf die Menge des die Partikel mitführenden Prozessgases, das wiede- rum Einfluss auf die Konzentration des Oxidationsmittels bei Zuführung hat. Die Prozessüberwachung und Steuerung bilden somit einen Regelkreis aus.
Der erfindungsgemäße Filter zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst eine Heizvorrichtung, die als Wi- derstandsheizung, insbesondere Drahtgeflecht und/oder Heizdraht, ausgebildet ist.
Durch die Ausbildung der Heizungsvorrichtung als Widerstandsheizung, kann eine einfache Umsetzung erfolgen. Insbesondere bietet sich ein Drahtgeflecht an, das beispielsweise als Gitter, Netz oder unregelmäßige Struktur ausgeführt sein kann. Eine unregelmäßige Struktur kann zum Beispiel in Abhängigkeit der lokalen Strukturdichte unterschiedliche Temperaturbereiche aufweisen. Das Drahtgeflecht oder der Heizdraht können in das Filtergewebe eingelegt werden. Dadurch, dass der Filter die Heizvorrichtung umfasst, ist auch hier ein Nachrüsten konventioneller Filterkammern zu einer Nachbehandlungsvorrichtung oder zur Anwen dung des Verfahrens zur Nachbehandlung vereinfacht. Alternativ oder ergänzend kann der Filter auch dazu vorgesehen sein, das Oxidationsmittel oder das bzw. weitere Mittel zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion bereitzustellen. Der Filter kann im Sinne der Bereitstellung des Oxidationsmittels beispielsweise aus Materialen, die als Elektronenakzeptoren wirken, ausgebildet sein oder diese umfassen. Neben der Heizvorrichtung kann der Filter zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion auch als Katalysator wirken oder die Bildung von Aktivierungsoberflächen unterstützen.
Das Anstoßen der Oxidationsreaktion am oder im Bereich des Filters kann auch insofern günstig sein, als dass dort die größten Partikelansammlungen zu erwarten sind. Hier kann eine Oxidationsreaktion periodisch oder bei Erreichen einer kritischen Menge vor Öffnen der Filterkammer gezielt, insbesondere im Rahmen einer Prozessüberwachung bzw. Regelung auf Basis der ermittelten Randbedingungen, angestoßen werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts.
Fig. 2 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der in einem Ausführungsbeispiel die Oxidationsmittelzuführung und das Mittel zum Anstoßen der Oxidationsreaktion der Filterkammer zuordenbar sind. Fig. 3 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der in einem Ausführungsbeispiel die Oxidationsmittelzuführung und das Mittel zum Anstoßen der Oxidationsreaktion der Zuführung des Prozessgases zuordenbar sind.
Fig. 4 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der in einem Ausführungsbeispiel die Oxidationsmittelzuführung auf den Filter gerichtet ist und dieser das Mittel zum Anstoßen der Oxidationsreaktion umfasst.
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 T räger 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 verfestigbares 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, wo bei die Erfindung insbesondere auf Metallkondensate bildende Aufbaumaterialien gerichtet ist. Im Sinne einer Oxidationsreaktion sind hiervon insbesondere eisen- und/oder titanhaltige Aufbaumaterialien umfasst, aber auch kupfer-, magnesium-, alumi- nium-, 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 vorher vorhandene 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 eingebrach- ten 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 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Nachbehandlungsvorrichtung 100 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, 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 Energieeintragsquelle 70 erzeugte Partikeltemperatur zu einer Oxidationsreaktion, bei der die Partikel 51 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 Filter 41 abgeführt, an dem die Partikel 51 bzw. Partikelrückstände gemäß Filtercharakteristik verbleiben.
Die Nachbehandlungsvorrichtung 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 Energieeintragsquelle 70 so angeordnet, dass die Oxidationsreaktion durch die Energieeintragsquelle 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 Nachbehandlungsvorrichtung 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 Energieeintragsquelle 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, insbesondere ortsaufgelöst, über einen oder mehrere Sensoren, wie die Sensoren 91 und 92, die beispielhaft zu Figur 3 beschrieben werden, und hier von der Prozessüberwachung 90 umfasst sein können, 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 Nachbehandlungsvorrichtung 100 zugeordnet werden.
Im Gegensatz zur in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsform sind in der in Figur 3 dargestellten Nachbehandlungsvorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform die Oxidationsmittelzuführung 621 und die als Strahlungsheizung 71 ausgebildete Energieeintragsquelle der Zuführung 521 des Prozessgases 50 und der darin mitgeführten Partikel 51 zugeordnet. Die Zuführung 521 umfasst dabei aus einem der Prozesskammer 3 zugewandten Zuführungsabschnitt 5211 , einem der Filterkammer 40 zugewandten Zuführungsabschnitt 5212 und einem Zwischenabschnitt 5213. Die Oxidationsmittelzuführung 621 führt dem die Partikel 51 mitführenden Prozessgas 50 das Oxidationsmittel 60 im der der Prozesskammer 3 zu gewandten Zuführungsabschnitt 5211 zu. Alternativ kann die Zuführung aber auch im Zwischenabschnitt 5213, insbesondere vor der im Zwischenabschnitt 5213 wirkenden Strahlungsheizung 71 , oder im der Filterkammer 40 zugewandten Zuführungsabschnitt 5212 vorgesehen sein. Der Zwischenabschnitt 5213 ist derart ausgeführt, dass er zwischen den der Prozesskammer 3 zugewandten Zuführungsabschnitt 521 und den der Filterkammer 40 zugewandten Zuführungsabschnitt 5212 einsetzbar ist. Entsprechend kann der Zwischenabschnitt 5213 ein Nachrüstsatz sein, der eine Anpassung konventioneller Anlagen in eine Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas 50 mitgeführten Partikeln einfach ermöglicht. Der Zwischenabschnitt 5213 weist hier einen umlaufenden strahlungstransparenten Bereich 524 auf, durch den die Energie einer ebenfalls um eine Längsachse des Zwischenabschnitts 5213 umlaufende Energieeintragsquelle 71 in den Zwischenabschnitt 5213 eingekoppelt wird.
In der Nachbehandlungsvorrichtung 200 nach Figur 3 wird dem die Partikel 51 mitführenden Prozessgas 50 zunächst im der Prozesskammer 3 zugewandten Zuführungsabschnitt 5211 das Oxidationsmittel 60 über die Oxidationsmittelzuführung 621 zugeführt, so dass die Partikelumgebung der im Prozessgas 50 mitgeführten Partikel 51 mit dem Oxidationsmittel 60 durchsetzt wird. Das Gemisch aus dem die Partikel 51 mitführenden Prozessgas 50 und dem Oxidationsmittel 60 durchläuft den Zwischenabschnitt 5213, in dem die Oxidationsreaktion über die Energieeintragsquelle 71 angestoßen wird. Zur Prozessüberwachung und darauf basierenden Regelung über die Steuerung 80 ist ein Sensor 91 zur Detektion der Menge der im Prozessgas 50 mitgeführten Partikel 51 im der Prozesskammer 3 zugewandten Zuführungsabschnitt 5211 und eine Sensoreinheit 92 zur Messung der Temperatur und des Oxidationsmittelgehalts im Zwischenabschnitt 5213 vorgesehen. In der in Figur 4 dargestellten vierten Ausführungsform der Nachbehandlungsvorrichtung 300 ist die Oxidationsmittelzuführung 622 so an die Filterkammer 40 angeschlossen, dass das diese im Wesentlichen auf den Filter 41 gerichtet ist und somit das Oxidationsmittel 60 den Filter 41 umströmt bzw. dieser durch das Oxidationsmittel 60 durchsetzt wird. Dadurch kann das Oxidationsmittel 60 den im Prozessgas 50 mitgeführten Partikeln 51 effizient am Filter 41 zugeführt werden. Insbesondere bei einer nicht kontinuierlich vorgesehenen gezielten Oxidationsreaktion ist am Filter die größte Ansammlung von der gezielten Oxidationsreaktion zuzuführenden Partikeln 51 anzunehmen. In einer Weiterbildung kann der Filter 41 zudem eine Widerstandsheizung in Form eines in das Filtergewebe eingearbeiteten oder dieses umgebenden Fleizdrah- tes 72 aufweisen, der als Energieeintragsquelle dient, um die Oxidationsreaktion anzustoßen. Wie bereits ausgeführt, kann die Temperatureinbringung durch den Heizdraht auch zusätzlich zur Unterstützung einer durch andere Mittel angestoßene Oxidationsreaktion genutzt werden. Zudem ist eine Prozessüberwachung 90 vorgesehen, die beispielsweise Informationen über den Oxidationsmittelgehalt, die Temperatur und/oder die Menge an im Prozessgas 50 mitgeführten Partikeln 51 an die Steuerung 80 weitergeben kann.
In einem Anwendungsbeispiel detektiert die Prozessüberwachung 90 die Menge der der Filterkammer 40 und/oder dem Filter 41 zugeführten Partikel 51 , um bei Erreichen einer vorbestimmten Menge an Partikeln 51 unter Flinzunahme des Oxidationsmittels 60 über den Fleizdraht 72 die Oxidationsreaktion anzustoßen. Bevorzugt wird eine Oxidationsreaktion derart bewirkt, dass die Partikel 51 am Filter 41 abbrennen. Alternativ kann neben der Menge der Partikel 51 auch eine vorbestimmte Zeitspanne als Kriterium für das Anstoßen einer Oxidationsreaktion herangezogen werden. In einer weiteren Alternative kann auch ein weiteres Auslöseereignis vorgesehen werden, beispielsweise durch Vorgabe des Bedienpersonals bevor die Filterkammer 40 zur Herausnahme des Filters 41 geöffnet wird. Die verschiedenen Alternativen sind einerseits auf die anderen Ausführungsformen übertragbar, anderseits aber auch untereinander kombinierbar. Die Zuführung des Oxidationsmittels 60 über die Oxidationsmittelzuführung 622 kann derart angesteuert werden, dass der Filterkammer 40 das Oxidationsmittel 60 dann zur Verfügung gestellt wird, wenn das Anstoßen der Oxidationsreaktion erfolgt oder erfolgen soll. Alternativ kann der Filterkammer 40 grundsätzlich zumindest ein Mindestniveau an einem Oxidationsmittelgehalt kontinuierlich zugeführt oder so zugeführt werden, dass das Mindestniveau in der Filterkammer 40 gehalten wird. In der ersten Variante wird eine Oxidationsreaktion mit dem Oxidationsmittel 60 vermie- den, solange kein Anstoßen der Oxidationsreaktion vorgesehen ist. In der zweitgenannten Variante kann beispielsweise eine Passivierung der Partikel 51 unterstützt werden, so dass sich der durch das Anstoßen der Oxidationsreaktion erfolgende Abbrand auf die Partikel 51 richtet, die nicht ausreichend durch die Passivierung in ihrer Brand- und Explosionsneigung gehemmt wurden. Auch hier kann eine Kombination der Varianten im Sinne eines vergleichsweise niedrigen konstanten Oxidationsmittelgehalts in der Filterkammer 40 oder am Filter 41 und einer Erhöhung des Oxidationsmittelgehalts zu vorbestimmten Zeitpunkten, also beispielsweise bei Erreichen einer vorbestimmten Menge an Partikeln 51 , nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder auf Anforderung, vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas (50) einer Vorrichtung (1) zum generativen Herstellen dreidimensionaler Objekte mitgeführten Partikeln (51 ), wobei die Partikel (51) einer Filterkammer (40) zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
den Partikeln (51) ein Oxidationsmittel (60) zugeführt wird und eine Oxidationsreaktion der Partikel (51 ) mit dem Oxidationsmittel (60) angestoßen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei das zugeführte Oxidationsmittel (60) einer Partikelumgebung zugeführt wird und/oder sich in einer Partikelumgebung befindet, welche bevorzugt fließfähig, mehr bevorzugt gasförmig, insbesondere in Form von Inertgas, bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
wobei das zugeführte Oxidationsmittel (60) in einem zweckmäßigen Aggregatzustand, bevorzugt fließfähig, mehr bevorzugt gasförmig, insbesondere in Form von Sauerstoff, bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Partikeln (51) ein Volumenanteil des Oxidationsmittels (60), insbesondere Sauerstoff, von mindestens 0,01 vol.-%, und höchstens 20 vol.-%, bevorzugt mindestens 1 vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 4 vol.-%, und/oder bevorzugt höchstens 10 vol.-%, besonders bevorzugt höchstens 6 vol.-%, bezogen auf die Partikelumgebung, zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (51) aufgeheizt werden, insbesondere auf eine Temperatur von mind. 50 °C und höchstens 650°C, bevorzugt mind. 75 °C, mehr bevorzugt mind., 100°C und/oder bevorzugt höchstens 200°C, mehr bevorzugt höchstens 150 °C.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Partikel (51) umgebende Oxidationsmittelgehalt, insbesondere der Sauerstoffgehalt, und/oder die Temperatur der Partikelumgebung und/oder der Partikel (51) selbst erfasst wird oder werden und auf eine Ansteuerung einer Oxidationsmittelzuführung (62, 621 , 622) und/oder einer Heizvorrichtung (70, 71 , 72) und/oder einem Auslass (53) Einfluss nimmt oder nehmen.
7. Nachbehandlungsvorrichtung (100, 200, 300) zur Nachbehandlung von in einem Prozessgas (50) einer Vorrichtung zum generativen Herstellen dreidimensionaler Ob jekte mitgeführten Partikeln (51), wobei die Partikel (51) einer Filterkammer (40) zuge leitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nachbehandlungsvorrichtung (100, 200, 300) eine Oxidationsmittelzuführung (62, 621 , 622) zur Zuführung von Oxidationsmittel (60) zu den Partikeln (51) und Mittel zum Anstoßen einer Oxidationsreaktion der Partikel (51) mit dem Oxidationsmittel (60) umfasst.
8. Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsmittelzuführung (62, 621 , 622) einer Zuführung (52, 521) des Prozessgases (50) zugeordnet ist und/oder an die Filterkammer (40) angeschlossen ist.
9. Nachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Oxidationsmittelzuführung im Wesentlichen auf zumindest einen Filter (41) in der Filterkammer (40) gerichtet ist.
10. Nachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerung (80), insbesondere eine Regelung, vorgesehen ist, die die Oxidationsmittelzuführung derart ansteuert, dass diese das Oxidationsmittel kontinuierlich, periodisch oder variabel zuführt.
11. Nachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung zumindest eine Energieeintragsquelle (70, 71 , 72) aufweist, deren Energieeintrag insbesondere von außerhalb der Filterkammer (40), insbesondere durch einen strahlungstransparenten Bereich (42) in einen Innenraum der Filterkammer, und/oder innerhalb der Filterkammer (40), insbesondere durch ein in den zumindest einen Filter (41) integriertes Energieeintragselement, erfolgt.
12. Nachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Energieeintragsquelle (70, 71 , 72) bevorzugt als eine Heizvorrich- tung ausgebildet ist und bevorzugt über die Steuerung (80), insbesondere Regelung, ansteuerbar und/oder regelbar ist.
13 . Nachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Prozessüberwachung (90) vorgesehen ist, die den Oxidationsmittelgehalt, insbesondere einen Sauerstoffgehalt, die Partikelmenge und/oder die Temperatur überwacht.
14. Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (80) im Betrieb auf Basis der Prozessüberwachung (90) die Oxidationsmittelzuführung (62, 621 , 622) und/oder die Energieeintragsquelle (70, 71 , 72) und/oder einen Auslass (53) ansteuert.
15. Filter (41) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder in einer Vorrichtung (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 7 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Filter (41) eine Heizvorrichtung (72) umfasst, die als Widerstandsheizung, insbesondere Drahtgeflecht und/oder Heizdraht, ausgebildet ist.
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US17/299,016 US20220118513A1 (en) 2018-12-12 2019-12-11 Method and device for post-treatment of particles carried in a process gas and filter therefor
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3822001A1 (de) * 2019-11-12 2021-05-19 SLM Solutions Group AG Verfahren und vorrichtung zur behandlung von brennbaren und/oder reaktiven teilchen, verfahren zum betreiben eines systems zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks und system zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks
WO2021151938A1 (de) * 2020-01-27 2021-08-05 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierung von filterrückständen
IT202100012392A1 (it) * 2021-05-13 2022-11-13 Morphica S R L Macchina operatrice laser per sinterizzazione laser
WO2023006277A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierungsvorrichtung, filtersystem, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte, verfahren zum passivieren und verfahren zum filtern
WO2023006278A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Filtervorrichtung zum filtern eines prozessgases, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte und verfahren zum filtern eines prozessgases

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020112856A1 (de) 2020-01-28 2021-07-29 Herding Gmbh Filtertechnik Verfahren zur Trockenfiltration eines Fremdkörper mitführenden Gasstroms, und Filtervorrichtung zur Reinigung von Fremdkörper mitführendem Rohgas
DE102021208114A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Detektion des Oxidationsfortschritts von Metallkondensat
DE102021208111A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Kontrollierte Oxidation
DE102021132375A1 (de) 2021-12-08 2023-06-15 Eos Gmbh Electro Optical Systems Partikelabscheider für eine additive Fertigungsvorrichtung
WO2023215606A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Velo3D, Inc. Safe treatment of debris

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2523469A1 (en) * 1982-03-18 1983-09-23 Gantois Ets Metallic filter candles with integral electrical heating wires - for direct defrosting of vehicle air intakes or ventilators etc.
DE4130640A1 (de) * 1991-09-14 1993-03-18 Leybold Ag Einrichtung und verfahren zum reinigen eines filters
DE4305915A1 (de) * 1993-02-26 1994-11-24 Alfred Buck Regenerierbares Filter
JPH07253015A (ja) * 1994-03-15 1995-10-03 Toranosuke Kawaguchi 発熱フィルターによる廃ガス燃焼法
EP1527807A1 (de) 2003-10-28 2005-05-04 Handte Umwelttechnik GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden von Staubbestandteilen aus einem explosionsfähigen Staub-Luft-Gemisch
DE102017207415A1 (de) * 2017-05-03 2018-11-08 Ult Ag Vorrichtung zur Separation und Behandlung metallischer Partikel

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3015976A1 (de) * 1980-04-25 1981-11-05 Heinz Ing.(grad.) 4390 Gladbeck Hölter Aufheizbarer filterkoerper zur gasreinigung
US6224834B1 (en) * 1998-04-16 2001-05-01 International Business Machines Corporation Silane oxidation exhaust trap
US7214350B2 (en) * 2002-03-13 2007-05-08 Capital Technology, S.A. Device for the continuous burning of carbon particles
DE10254807A1 (de) * 2002-11-22 2004-06-03 Basell Polyolefine Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Entfernung von flüchtigen, oxidierbaren Verbindungen aus Partikeln, insbesondere Polymerpartikeln
US7488460B2 (en) * 2004-01-05 2009-02-10 Innovative Engineering Solutions, Inc. Combined chemical agent and dynamic oxidation treatment of hazardous gas
EP2379851B1 (de) * 2009-01-22 2015-12-16 MAN Truck & Bus AG Vorrichtung und verfahren zur regeneration eines im abgastrakt einer brennkraftmaschine angeordneten partikelfilters
DE102009032022A1 (de) * 2009-07-07 2011-01-13 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters
WO2012123618A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Ecocat Oy Purification device
DE102012006448B4 (de) * 2012-03-30 2023-05-17 Man Truck & Bus Se Verfahren zur Anwendung in Verbindung mit einer Abgasnachbehandlungsanlage
EP2774703A1 (de) * 2013-03-04 2014-09-10 SLM Solutions GmbH Vorrichtung zum Herstellen von Werkstücken unter erhöhtem Druck
CN107107193B (zh) * 2014-11-21 2020-02-18 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法
DE102016201812A1 (de) * 2016-02-05 2017-08-10 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN105965016A (zh) * 2016-06-25 2016-09-28 成都雍熙聚材科技有限公司 用于3d打印设备的防爆净化柜及其防爆控制方法
CN105921747B (zh) * 2016-06-25 2018-03-30 成都雍熙聚材科技有限公司 用于3d打印设备成形气氛的气体循环净化装置
CN206853306U (zh) * 2017-05-10 2018-01-09 安徽中科镭泰激光科技有限公司 一种用于金属粉激光成型的气体循环净化装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2523469A1 (en) * 1982-03-18 1983-09-23 Gantois Ets Metallic filter candles with integral electrical heating wires - for direct defrosting of vehicle air intakes or ventilators etc.
DE4130640A1 (de) * 1991-09-14 1993-03-18 Leybold Ag Einrichtung und verfahren zum reinigen eines filters
DE4305915A1 (de) * 1993-02-26 1994-11-24 Alfred Buck Regenerierbares Filter
JPH07253015A (ja) * 1994-03-15 1995-10-03 Toranosuke Kawaguchi 発熱フィルターによる廃ガス燃焼法
EP1527807A1 (de) 2003-10-28 2005-05-04 Handte Umwelttechnik GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden von Staubbestandteilen aus einem explosionsfähigen Staub-Luft-Gemisch
DE102017207415A1 (de) * 2017-05-03 2018-11-08 Ult Ag Vorrichtung zur Separation und Behandlung metallischer Partikel

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3822001A1 (de) * 2019-11-12 2021-05-19 SLM Solutions Group AG Verfahren und vorrichtung zur behandlung von brennbaren und/oder reaktiven teilchen, verfahren zum betreiben eines systems zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks und system zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks
WO2021151938A1 (de) * 2020-01-27 2021-08-05 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierung von filterrückständen
IT202100012392A1 (it) * 2021-05-13 2022-11-13 Morphica S R L Macchina operatrice laser per sinterizzazione laser
WO2022239039A1 (en) * 2021-05-13 2022-11-17 Morphica S.r.l. Laser operating machine for laser sintering
WO2023006277A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierungsvorrichtung, filtersystem, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte, verfahren zum passivieren und verfahren zum filtern
WO2023006278A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Filtervorrichtung zum filtern eines prozessgases, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte und verfahren zum filtern eines prozessgases

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