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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. Mai 2020 eingereichten US-Patentanmeldung
15/930,603 , die die Priorität der am 13. Mai 2019 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
62/846,955 beansprucht. Der gesamte Gegenstand dieser Prioritätsdokumente, einschließlich ihrer Spezifikationen, Ansprüche und Zeichnungen, ist durch Bezugnahme hierin enthalten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Beim Verfahren der additiven Fertigung werden Metallteile aus einzelnen, übereinander gestapelten Metallschichten hergestellt. Eine erste Schicht wird auf eine Basis aufgebracht, und jede weitere Schicht wird auf die vorherige Schicht in unterschiedlichen Formen und Anordnungen aufgebracht, um ein dreidimensionales Metallteil zu bilden. Dieses additive Fertigungsverfahren muss in einer Umgebung stattfinden, die nicht reaktiv ist und das herzustellende Teil nicht verunreinigt. Beispielsweise kann eine Kammer, in der der additive Fertigungsprozess stattfindet, zunächst von unerwünschten Gasen, einschließlich Luft, gereinigt werden, indem sie mit einem nicht reaktiven oder inerten Gas wie Argon in einer Weise gefüllt wird, dass das Argon alle anderen Gase in der Kammer bis auf vernachlässigbare Mengen verdrängt, woraufhin eine viel geringere Menge Argon kontinuierlich in die Kammer eingespeist wird und während des gesamten additiven Fertigungsprozesses durch sie strömt. Die weiteren Ausführungen beziehen sich auf Argon als das gewünschte Gas, aber es versteht sich, dass auch andere nicht reaktive Gase oder inerte Gase für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sein können.
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2. Hintergrund-Stand der Technik
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Konventionell wird Spülgas wie Argon, das schwerer als Luft ist, in der Nähe des Bodens der Prozesskammer eingeleitet und steigt dann nach oben, um die anderen Gase in der Kammer in Richtung der Entlüftungsöffnungen am oberen Ende der Kammer und aus diesen heraus zu verdrängen. Verschiedene Vorrichtungen und Techniken zur Spülung einer Kammer für die additive Fertigung mit Argon wurden in der Vergangenheit verwendet und ausprobiert. Bei diesen bisherigen Anwendungen und Versuchen wurden unterschiedliche Faktoren berücksichtigt, wie z. B. die Argonmenge, die für ein bestimmtes Kammervolumen benötigt wird, der erforderliche Eingangsdruck für das Argongas, die Geschwindigkeit, mit der das Argon in die Kammer eingeleitet wird, und die Geschwindigkeit, mit der die Kammer gespült werden kann. Ein wichtiger Faktor für die benötigte Argongasmenge ist das Ausmaß der Turbulenzen, die durch das Einleiten des Argongases verursacht werden. Die durch das Einleiten von Argongas verursachten Turbulenzen führen dazu, dass sich das Argon mit den unerwünschten Gasen vermischt. Diese Vermischung erhöht in unerwünschter Weise die benötigte Argongasmenge und die Zeit, die erforderlich ist, um die Kammer ausreichend zu spülen, wobei es wünschenswert ist, dass das Argongas so laminar wie möglich in die Kammer eingeleitet und eingefüllt wird.
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Herkömmliche und frühere Versuche mit Gaszufuhr- und Spülvorrichtungen für eine additive Fertigungskammer umfassen: starre Rohre mit gebohrten Auslasslöchern, die nach unten zu einer Grundfläche zeigen; Sintermetallbleche oder -platten, z. B. aus Bronze, unter denen das Gas zunächst durch ein Substrat aus Stahlwolle geleitet wird und dann aufwärts durch die Sintermetallbleche/-platten strömt, oder Sintermetallteile mit einer annähernd zylindrischen oder konischen Form, wie pneumatische Schalldämpfer aus gesinterter Bronze, die relativ klein sind, z. B., ½ - ¾ Zoll Durchmesser x 1 - 2 Zoll Länge, und mit einer kleinen Anzahl, z.B. 10 - 20, von Schalldämpfern, die in Reihe mit einem gemeinsamen Gaszufuhrrohr oder Verteiler verbunden sind; und scheibenförmige Sintermetallbleche. Diese bisherigen Anwendungen und Versuche stellen den Stand der Technik dar, sind aber für den vorgesehenen Zweck nur bedingt geeignet. Ein starres Rohr mit gebohrten Löchern kann z. B. mehr Turbulenzen verursachen als erwünscht, während Sintermetallteile einen relativ hohen Argon-Eingangsdruck erfordern und eine viel langsamere Spülzeit haben können, usw.
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Bei diesen bisherigen Anwendungen und Versuchen ist der tatsächliche Auslassbereich für die Zufuhr des Spülgases im Vergleich zur Fläche des Kammerbodens klein. Ein solch relativ kleiner Auslassbereich für das Spülgas führt zu übermäßiger Vermischung und Turbulenzen, wodurch die benötigte Spülgasmenge erhöht wird. Eine Verringerung des Eingangsdrucks des Spülgases kann die Turbulenzen und die Vermischung verringern, hat jedoch den Nachteil, dass sich die für die Spülung der Kammer erforderliche Zeit verlängert, so dass in der Regel ein Gleichgewicht zwischen angemessenem Eingangsdruck und angemessener Spüldauer gefunden werden muss. So kann es beispielsweise bei einer mit Argon gespülten 1 m3 -Kammer mehr als eine Stunde dauern, bis ein akzeptabler Gasreinheitsgrad erreicht ist, bei dem verunreinigende Gase wie Sauerstoff und Stickstoff weniger als 50 ppm ausmachen, und es könnte eine Spülgasmenge erforderlich sein, die dem fünf- bis zehnfachen Volumen der Kammer entspricht. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer verbesserten Gaszufuhr- und Spülvorrichtung für additive Fertigungskammern, die die Spülzeiten verkürzen und gleichzeitig die Gasmenge minimieren kann, die erforderlich ist, um unerwünschte Gase ausreichend aus der Kammer zu spülen, sowie an einem Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein erster Aspekt dieser Offenbarung sieht eine Gaszufuhr- und Spülvorrichtung für eine additive Fertigungskammer vor. Die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung umfasst mindestens ein flexibles Spülgasrohr mit einem Spülgaseinlass, einem Spülgasauslass und einer Seitenwand, die eine Form des Rohrs definiert, sowie eine Spülgasquelle, die funktionell mit dem mindestens einen flexiblen Spülgasrohr verbunden ist, um das Spülgas selektiv an das mindestens eine flexible Spülgasrohr zu liefern. Der Spülgasauslass umfasst Poren, die im Wesentlichen in einem gesamten Oberflächenbereich der Seitenwand definiert sind, so dass das Spülgas durch die Poren in die Kammer gelangt.
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In einem zweiten Aspekt dieser Offenbarung sind die Poren der Seitenwand des Spülgasrohrs in einer offenzelligen Konfiguration angeordnet. Diese offenzellige Anordnung ermöglicht das Entweichen von Spülgas über die gesamte Seitenwandfläche.
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In einem dritten Aspekt dieser Offenbarung ist der Spülgasschlauch ein flexibler Schlauch auf Polymerbasis.
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In einem vierten Aspekt dieser Offenbarung ist das Spülgasrohr ein Tropfschlauch, wie er ursprünglich für die Wasserzufuhr im Gartenbau entwickelt wurde.
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In einem fünften Aspekt dieser Offenbarung umfasst das Spülgasrohr eine Vielzahl von Abschnitten, die mit einem Einlassverteiler verbunden sind.
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In einem sechsten Aspekt dieser Offenbarung zusammen mit dem fünften Aspekt sind die mehreren Rohrabschnitte im Wesentlichen parallel zueinander und entlang einer Grundfläche der additiven Fertigungskammer angeordnet.
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In einem siebten Aspekt dieser Offenbarung zusammen mit dem fünften Aspekt ist die Mehrzahl der Rohrabschnitte in einer vertikal gestapelten Konfiguration angeordnet.
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In einem achten Aspekt dieser Offenbarung zusammen mit dem fünften Aspekt ist die Mehrzahl der Rohrabschnitte ferner mit einem Auslassverteiler verbunden. Die Einlass- und Auslassverteiler sind so konfiguriert, dass sie mit den Einlass- und Auslassverteilern einer angrenzend vorgesehenen Gasspülvorrichtung verbunden werden können.
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In einem neunten Aspekt dieser Offenbarung ist das Spülgasrohr in einer gewundenen Form angeordnet.
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Ein zehnter Aspekt dieser Offenbarung stellt ein Verfahren zum Abführen unerwünschter Gase aus einer additiven Fertigungskammer bereit, das die Schritte des Bereitstellens mindestens eines flexiblen Spülgasrohrs mit einem Spülgaseinlass, einem Spülgasauslass und einer Seitenwand, die eine Form des Rohrs innerhalb einer additiven Fertigungskammer definiert, und des Zuführens eines Spülgases in die additive Fertigungskammer durch das mindestens eine flexible Spülgasrohr umfasst, so dass das Spülgas andere Gase in der Kammer verdrängt und die anderen Gase aus der Kammer herausdrückt. Der Spülgasauslass umfasst Poren, die im Wesentlichen in einem gesamten Oberflächenbereich der Seitenwand definiert sind, so dass das Spülgas durch die Poren in die Kammer gelangt.
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In einem elften Aspekt dieser Offenbarung strömt in dem Schritt der Zuführung eines Spülgases in die Kammer für die additive Fertigung durch den mindestens einen flexiblen Spülgasschlauch das Spülgas in laminarer oder im Wesentlichen laminarer Strömung in die Kammer.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird der Leser auf die folgende detaillierte Beschreibung verwiesen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden sollte. In der folgenden detaillierten Beschreibung und in den Zeichnungen beziehen sich gleiche Nummern auf gleiche Teile.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer idealisierten additiven Fertigungskammer mit einer Gaszufuhr- und Spülvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Teilansicht einer additiven Fertigungskammer mit einer Gaszufuhr- und Spülvorrichtung, die um andere Komponenten der Fertigungskammer herum angebracht ist, gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Gaszufuhr- und Spülvorrichtung in Form einer modularen Einheit, die mit anderen modularen Einheiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt werden kann.
- 3B ist eine perspektivische Ansicht der modularen, einheitsförmigen Gaszufuhr- und Spülvorrichtung von 3A, die mit einer Schutzabdeckplatte versehen ist, die zahlreiche Löcher aufweist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer additiven Fertigungskammer, in der eine Vielzahl der Gaszufuhr- und Spülvorrichtungen der 3A und 3B vorgesehen sind.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Kabelbündels, das die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung enthält.
- 6 ist eine Schnittdarstellung eines Kabelmanagement-Trägers, der in einer Fertigungskammer verwendet werden soll, in der die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung eingebaut ist.
- 7 ist eine perspektivische Teilansicht des Innenraums einer Fertigungskammer mit Kabelmanagementvorrichtungen zur Verwendung mit der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In den 1 und 2 ist allgemein eine Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 mit einer Bearbeitungskammer 2 und einer Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 dargestellt, wobei die für die additive Fertigung erforderlichen operativen Komponenten, einschließlich eines Auflagetisches und einer Trage, zum besseren Verständnis des Aufbaus der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 weggelassen sind. Die Bearbeitungskammer 2 umfasst einen Grundträger 6 und eine Haube 8, die eine Kammer für die additive Fertigung umschließt. Die Kammer beherbergt die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 sowie die für die additive Fertigung erforderlichen operativen Komponenten, die ebenfalls nicht dargestellt sind. Die Kammer umfasst einen oder mehrere Gaseinlässe 10, bei denen es sich um einen Verteiler handeln kann, der mit der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 verbunden ist, um die Zufuhr von Spülgas in die Kammer über die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 zu ermöglichen, sowie eine oder mehrere Gasauslassöffnungen 12, um das Ablassen von Spülgas aus der Kammer zu ermöglichen. Bei den Gasauslassöffnungen 12 kann es sich um eine oder mehrere Öffnungen handeln, über die Luft und andere unerwünschte Gase, die durch das Spülgas verdrängt wurden, aus der Kammer abgeleitet werden können. Die Auslassöffnungen 12 können Ventile enthalten, die geschlossen oder teilweise geschlossen werden können, sobald die Kammer von Luft befreit ist, um die Integrität der Spülgasumgebung zu erhalten.
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Eine Spülgasquelle 15 kann in Verbindung mit der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 bereitgestellt und mit den Gaseinlässen 10 in Fluidverbindung gebracht werden. Die Spülgasquelle 15 kann unter Druck stehen und ein Öffnungs-/Schließventil, einen Regler, usw. enthalten, so dass das Spülgas dem/den Gaseinlass/en 10 mit verschiedenen Drücken oder Durchflussmengen zugeführt werden kann, wie es für verschiedene Spülvorgänge gewünscht wird, und die Spülgasquelle 15 kann in einer Basis der additiven Fertigungsvorrichtung 1 oder an einem anderen geeigneten Ort angeordnet sein. Sensoren (nicht abgebildet) zur Bestimmung der Spülgaskonzentration und/oder der Konzentration verunreinigender Gase können an den Entlüftungsöffnungen oder an anderer Stelle in der Kammer 2 vorgesehen sein, und es kann eine Steuereinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 17 vorgesehen sein, die Eingaben von den Sensoren empfängt und so programmiert ist, dass sie den Durchfluss des Spülgases in die Verarbeitungskammer steuert sowie die Ventile der Auslassöffnungen 12 und andere Aspekte der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 steuert.
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Die Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 umfasst mindestens einen flexiblen Schlauch 14. Der Schlauch 14 hat einen Gaseinlass, der sich an einem oder beiden Enden befinden kann, und einen Gasauslass in Form zahlreicher kleiner Poren 16, die auf der gesamten Oberfläche einer Seitenwand vorgesehen sind, die den flexiblen Schlauch definiert. Das flexible Rohr 14 kann an dem dem Gaseinlass gegenüberliegenden Ende ein geschlossenes Ende, z. B. eine Endkappe, aufweisen. Auch hier enthält der Gasauslass zahlreiche Poren 16, die über die gesamte Oberfläche der Seitenwand angeordnet sind. Die Poren 16 der Seitenwand können sehr klein sein, z. B. weniger als ein Millimeter, so dass die Poren mit bloßem Auge nicht sehr gut sichtbar sind, aber in 5 zum besseren Verständnis in übertriebener Größe dargestellt sind. Außerdem können die Poren 16 in einer so genannten offenzelligen Konfiguration oder Struktur eines Polymermaterials, das den Schlauch bildet, verbunden sein. Diese offenzellige Konfiguration umfasst viele Poren in jedem cm3 der Seitenwand und ermöglicht das Entweichen des Spülgases aus praktisch der gesamten Oberfläche der Seitenwand des flexiblen Gasrohrs 14. Sehr wichtig ist, dass das Gas, wenn es durch die Poren 16 strömt, sehr laminar und ohne Turbulenzen in die Kammer gelangt. Der zur Bildung der Rohre 14 verwendete Schlauch ist in der Regel ein flexibler gummiartiger Schlauch oder ein Schlauch auf Polymerbasis. Ein beispielhafter Gasschlauch, der nach der vorliegenden Erfindung sehr gut funktioniert, ist ein Tropfschlauch des Typs, der für die sehr gut funktioniert entwickelt wurde, um Wasser in Gartenbauanwendungen zu liefern, und kann wirtschaftlich gefertigt werden und in jede gewünschte Konfiguration oder Anordnung für die Gaszufuhr innerhalb der Kammer 2 gebracht werden.
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In der beispielhaften Ausführungsform der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 4 sind mehrere Spülgasrohre 14 in beliebiger Anordnung innerhalb der additiven Fertigungskammer vorgesehen. Diese mehreren Gasrohre 14 haben jeweils die gleiche offenzellige poröse Seitenwandkonfiguration und sind mit einem Einlassverteiler 10 verbunden. Die Enden dieser Mehrfach-Spülgasrohre können mit entsprechenden Endkappen oder einem Endkappenverteiler versehen sein. Bei der Verwendung mehrerer Spülgasrohre 14 können die Rohre in verschiedenen Konfigurationen angeordnet werden, um den Anforderungen der additiven Fertigungskammer gerecht zu werden, z. B. dürfen sie die operativen Komponenten der additiven Fertigung oder deren Bewegungen nicht beeinträchtigen.
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Die flexible Beschaffenheit der Gasschläuche erlaubt es, die Schläuche im Wesentlichen in jeder gewünschten Konfiguration oder Anordnung innerhalb der Kammer 2 vorzusehen. In 1 ist eine idealisierte Anordnung dargestellt, bei der die mehreren Spülgasrohre 14 im Wesentlichen parallel zueinander entlang einer Grundfläche der Kammer angeordnet sind. Aufgrund der offenen Zellkonfiguration der Seitenwand des Gasrohrs kann eine parallele Anordnung mehrerer Gasrohre für eine Gasfreisetzung entlang einer Fläche sorgen, die wesentlich größer ist als die Fläche der Grundfläche der Kammer. Beispielsweise könnte eine Grundfläche der Kammer die Abmessungen von 1 Meter mal 2 Meter haben, was eine Oberfläche von zwei (2) m2 ergibt. Bei Verwendung von dreizehn (13) der parallelen Gasspülrohre 14 mit einem Durchmesser von fünfundzwanzig (25) mm, was einem Umfang von etwa achtundsiebzig (78) mm entspricht, die auf eine Länge von zwei (2) Metern zugeschnitten sind, würde sich eine poröse Seitenwandfläche ergeben, die größer ist als die zwei (2) m2 große Grundfläche der Kammer. Diese dreizehn parallelen Rohre würden jedoch nur etwa 1/3 oder 1/π dieser zwei (2) m2 oder weniger der Bodenfläche der Kammer einnehmen.
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Es ist daher ersichtlich, dass die über die gesamte Seitenwand der Gasrohre verteilten Poren 16 eine effektive Gasabgabe über einen relativ kleinen Teil der Bodenfläche der Kammer ermöglichen. Eine solche Konfiguration lässt auf der Bodenfläche der Kammer Platz für andere Zwecke. Eine realistischere Anordnung der Rohre 14 ist in 2 dargestellt. Die Rohre 14 passen in die verfügbaren Bereiche der Bodenfläche 6 der Kammer. Diese Anordnung ermöglicht es, die Rohre 14 um andere Komponenten der Kammer herum zu positionieren, wie z. B. einen drehbaren Auflagetisch 20, ein Gerüstsystem 22 und Schienen 24.
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Wenn die Geschwindigkeit der Spülung wichtiger ist als der relative Anteil der von den Gasrohren 14 bedeckten Bodenfläche, können zusätzliche Gasrohre in der Kammer vorgesehen werden, um eine schnellere Spülung zu erreichen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass das Spülgas in einer laminaren Strömung in die Kammer 2 eintritt. Zusätzlich zu einer einzigen Schicht von im Wesentlichen parallelen Gasrohren 14 können auch mehrere vertikale Schichten von Gasrohren entlang der Bodenfläche der Kammer verwendet werden.
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Die Gaszufuhr- und Spülrohre 14, deren Poren 16 über die gesamte Oberfläche der Seitenwand verteilt sind, können die Einleitung von Spülgas bei einem niedrigeren Druck als bei herkömmlichen Techniken ermöglichen, was sich sehr vorteilhaft auf die Gasströmung oder -zufuhr in die Kammer in einer sehr laminaren, nicht turbulenten Weise auswirkt, was wiederum im Allgemeinen zur Verwendung eines geringeren Gasvolumens führt, das für eine ausreichende Spülung der Kammer erforderlich ist. Bei Spülgasrohren mit offenzelligen porösen Seitenwänden kann beispielsweise ein Spüldruck von nur 10-25 psi wirksam sein, während bei herkömmlichen Verfahren üblicherweise Gasdrücke von 30-50 psi erforderlich sind. Die relativ niedrigen Drücke ermöglichen ein vereinfachtes System zur Einleitung des Spülgases im Vergleich zu einem Zufuhrsystem mit höherem Druck. In einem Beispiel könnte die Spülung einer zwei m3-Kammer mit einer einzigen Schicht von fünfzehn parallelen Spülgasrohren, die mit Spülgas bei 25 psi gespeist werden, einen Reinheitsgrad von weniger als 50 ppm der Kontaminationsgase in etwa 90 Sekunden erreichen. Niedrigere Drücke können eine wirksame Technik sein, um die Menge des verwendeten Spülgases zu reduzieren. In einem anderen Beispiel, bei dem das Spülgas mit einem Druck von 20 psi zugeführt wurde, entsprach die zur ausreichenden Spülung benötigte Gesamtgasmenge nur dem doppelten Volumen der Kammer 2 und erreichte den gewünschten Reinheitsgrad innerhalb von 5 Minuten. Auch eine Erhöhung der Anzahl der Schichten paralleler Spülgasrohre kann die zum Erreichen des gewünschten Reinheitsgrades benötigte Zeit verkürzen.
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In der Praxis kann die Anordnung der Gasrohre 14 der Gaszufuhr- und Spülvorrichtung 2 durch die Gegebenheiten der additiven Fertigungskammer begrenzt oder eingeschränkt sein. Im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Gasrohre sind in manchen Situationen nicht möglich. Mit flexiblen Gasrohren auf Polymerbasis können die Rohre 14 jedoch leicht in einer Vielzahl von Formen und Größen konfiguriert werden, einschließlich der Anordnung um alle dazwischenliegenden oder störenden Merkmale der Fertigungskammer. Wie in 2 dargestellt, wurden die Gasschläuche 14 so angeordnet, dass sie um einen drehbaren Auflagetisch 20, ein Gerüstsystem 22 und Schienen 24 einer Fertigungskammer herum passen. Eine solche Anordnung würde im Vergleich zu einer Anordnung mit im Wesentlichen parallelen Spülgasrohren zu keiner wesentlichen Verlängerung der Spülzeit führen. Die große Gasaustrittsfläche, die durch die offenzelligen porösen Seitenwände der Gasrohre 14 bereitgestellt wird, hat einen größeren Einfluss auf die Spülzeit als die Anordnung der Spülgasrohre.
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In manchen Situationen ist die Anordnung von Spülgasrohren entlang der Bodenfläche der Kammer nicht möglich. Die Verwendung von Spülgasrohren mit der gleichen offenzelligen porösen Konfiguration in anderen Anordnungen ist jedoch ebenso effektiv. Beispielsweise können die flexiblen Spülgasschläuche in jeder gewünschten Form und Größe angeordnet und von anderen Strukturen getragen werden. Einige nicht einschränkende Beispiele sind eine flache gewickelte Anordnung, eine zylindrische gewickelte Anordnung und eine konische gewickelte Anordnung. Die Schläuche können auch von anderen Strukturen wie einem Kegel, einem zylindrischen Maschenkorb oder einem Drahtrahmen getragen werden. Derartige Anordnungen der Schläuche 14 können zusammen mit den erforderlichen Stützstrukturen einfach in Nicht-Arbeitsbereiche der Kammer eingebaut werden. Durch die Belegung von Nicht-Arbeitsbereichen der Kammer mit zusätzlichen Spülschläuchen 14 kann die Zeit für die Spülung der Kammer verkürzt werden. Wenn die Platzverhältnisse in der Kammer eine enge Wicklung des Spülgasschlauchs erfordern, kann auch ein Schlauch mit kleinerem Durchmesser verwendet werden, der eine ausreichende Flexibilität bietet.
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Angesichts der erheblichen Vorteile, die die Verwendung von Spülgasrohren 14 mit Seitenwänden mit offenzelliger poröser Konfiguration in Bezug auf die Spülzeit und die benötigte Spülgasmenge mit sich bringt, könnten bestehende additive Fertigungsvorrichtungen von einer Nachrüstung mit neuen Spülgasvorrichtungen profitieren. In einem Beispiel, wie in den 3A, 3B und 4 gezeigt, sind die Spülgasrohre 34 parallel angeordnet, wobei die Einlassenden an einem Einlassverteiler 36 und die Auslassenden an einem Auslassverteiler 38 befestigt sind. Die Verteiler können entlang ihrer Seiten Befestigungspunkte 39 haben, um sie mit anderen Verteilern zu verbinden. Die parallelen Spülgasrohre und Verteiler bilden zusammen eine nachrüstbare Spülgaseinheit 40, von der mehrere in Reihe oder parallel miteinander verbunden sein können. Die Einheit 40 kann auch eine starre Schutzabdeckung 42 aus Metall oder einem anderen geeigneten Material enthalten, die über einen Teil oder die gesamte Oberfläche Löcher 44 aufweisen kann. Solche Nachrüstungseinheiten 40 sind nicht auf quadratische oder rechteckige Formen beschränkt, sondern können auch in anderen Formen (kreisförmig, dreieckig, sechseckig usw.) ausgeführt werden, um in die nachzurüstende Kammer zu passen.
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Die nachrüstbare Spülgaseinheit kann an den Einlass- und Auslassverteilern Anschlussstücke aufweisen, die so gestaltet sind, dass sie an einer oder mehreren benachbarten nachrüstbaren Spülgaseinheiten befestigt werden können. Die Einheiten können wie Bodenfliesen zusammengefügt werden, wenn es der Platz erlaubt, um einen Teil der Grundfläche der additiven Fertigungskammer abzudecken. Darüber hinaus können Einheiten unterschiedlicher Form und Größe zusammen in derselben Kammer verwendet werden, solange die Einlassverteiler mit Versorgungsleitungen für das Spülgas versehen werden können.
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Der Vorgang der Spülung einer Kammer kann durch Bestände an unerwünschten Gasen in der Kammer beeinträchtigt werden, die gegen die Spülung resistent sind. Zum Beispiel kann der Fertigungsprozess in der Kammer verschiedene Komponenten und Geräte erfordern. Zumindest enthält die Fertigungskammer häufig Drähte und Kabel 50. Die Kabel 50 können als Bündel 52 in einem Mantel 54 angeordnet sein, wie in 5 dargestellt. Obwohl die Ummantelung in 5 mit einer festen Seitenwand dargestellt ist, kann sie auch eine offen gewebte Konfiguration aufweisen, die eine poröse Seitenwand ergibt. Es sollte ersichtlich sein, dass die Poren 16 auf dem in 5 dargestellten Schlauch 14 zur Veranschaulichung vergrößert sind. In einem anderen Beispiel können die Kabel 50 in einer Kabelführungswanne 56 untergebracht werden, wie in 6 dargestellt. In beiden Beispielen von 5 und 6 gibt es Hohlräume 60 innerhalb des Kabelbündels 52 und innerhalb der Kabelführungswanne 56, die als Speicher für unerwünschte Gase dienen können. Diese Ansammlungen unerwünschter Gase wirken sich negativ auf den Spülvorgang aus. Dementsprechend können dieselben Spülrohre 14 mit Poren 16 entlang der gesamten Seitenwand in das Kabelbündel 52 und die Kabelführungswanne 56 integriert werden. Durch die Aufnahme der Spülrohre 14 in das Kabelbündel 52, die Kabelführungswanne 56 und andere begrenzte Räume kann das Spülgas die Hohlräume 60 leichter erreichen und die Kammer effektiver von unerwünschten Gasen reinigen.
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Ebenso können für die Kabel 52 in der Kammer 2 Kabelhaltevorrichtungen 62 und Ausgleichsvorrichtungen 64 erforderlich sein, die an der Kammerdecke 3 befestigt sind, um zu verhindern, dass die Kabel den Arbeitsbereich in der Kammer beeinträchtigen. In den Kabelhaltevorrichtungen 62 und den Ausgleichsvorrichtungen 64 können sich jedoch unerwünschte Gase ansammeln, die den Spülvorgang beeinträchtigen. Zur Verbesserung des Spülvorgangs können an den Kabelträgern 62 und den Ausgleichsvorrichtungen 64 Entlüftungsöffnungen 66 vorgesehen werden. Diese Entlüftungsöffnungen 66 ermöglichen das Entweichen unerwünschter Gase aus dem Inneren der Kabelhaltevorrichtungen 62 und der Ausgleichsvorrichtungen 64. Darüber hinaus können Geräte innerhalb der Kammer, die ein Gehäuse oder eine Umhüllung haben, wie z. B. die Ausgleichsvorrichtungen 64, zusätzlich von einem Spülgaseinlass 68 profitieren, der an der Umhüllung vorgesehen ist. Ein solcher Spülgaseinlass 68 bietet einen Eintrittspunkt für das Spülgas in das Gehäuse. Obwohl in 7 nicht dargestellt, könnte ein Spülgasschlauch 14 an den Spülgaseinlass 68 angeschlossen werden.
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Es versteht sich, dass eine Gaszufuhr- und Spülvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Formen und Größen bereitgestellt werden kann. Während die vorstehende Beschreibung mehrerer beispielhafter Ausführungsformen zur Veranschaulichung und zum Verständnis der Erfindung dient, ist die Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in jeder gewünschten Form oder Anordnung bereitgestellt werden, während sie noch von der vorliegenden Erfindung umfasst ist. Auch wenn das Gaszufuhr- und Spülsystem und das Spülverfahren der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Vorrichtung zur additiven Fertigung beschrieben wurden, ist die Erfindung wiederum nicht darauf beschränkt und kann für die Zufuhr von Gas in jeder Art von Vorrichtung verwendet werden, die eine Gaszufuhr erfordert, insbesondere wenn es wichtig ist, dass das zugeführte Gas in einer laminaren oder im Wesentlichen laminaren Strömung zugeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 15/930603 [0001]
- US 62/846955 [0001]
