Die Erfindung betrifft einen Partikelabscheider für eine additive Fertigungsvorrichtung zum Abtrennen einer Grobpartikelfraktion aus einem den Partikelabscheider im Betrieb durchströmenden Prozessgas einer additiven Fertigungsvorrichtung, ein Partikelabscheidesystem und ein additives Fertigungssystem mit einem solchen Partikelabscheider sowie ein Prozessgasreinigungsverfahren zum Reinigen von Prozessgas und ein Verfahren zur Steuerung einer additiven Fertigung.

Bei einer additiven Fertigung werden, üblicherweise auf Basis von digitalen 3D- Konstruktionsdaten, Fertigungsprodukte bzw. Bauteile durch ein Anlagern von Material aufgebaut. Der additive Fertigungsprozess verläuft typischerweise so, dass wiederholt dünne Schichten eines meist pulverförmigen Aufbaumaterials übereinander aufgebacht werden, wobei die einzelnen Schichten durch eine örtlich begrenzte Beaufschlagung mit einer Energieeintragsquelle, z.B. unter Nutzung von Licht- und/oder Wärmestrahlung, an bestimmten Stellen selektiv verfestigt werden, die nach der Fertigung Teil eines herzustellenden Objekts sind. Bekannte Beispiele für additive Fertigungsverfahren, die auf Bestrahlung basieren, sind „selektives Lasersintern“ oder „selektives Laserschmelzen“ bzw. „Laser Powder Bed Fusion“. Bei diesen Verfahren werden Pulverkörner des Aufbaumaterials mittels durch Strahlung an bestimmten Stellen lokal eingebrachter Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, wobei ein Schmelzbad entsteht. Nach einer Abkühlung sind diese Pulverkörner dann in Form eines Festkörpers miteinander verbunden.

Bei der additiven Fertigung ist es üblicherweise so, dass eine Prozessumgebung einer additiven Fertigungsvorrichtung, in der die Objekte aufgebaut werden, im Betrieb kontinuierlich mit einem Prozessgas beaufschlagt wird, z.B. zu Kühlzwecken oder um Verunreinigungen aus der Prozessumgebung abzuführen und/oder um Sauerstoff von der Schmelze bzw. Wärmeeinflusszone fernzuhalten. Solche Verunreinigungen, die nachfolgend auch als Verunreinigungspartikel oder kurz Partikel bezeichnet werden und die sich nachteilig auf eine Bauteilqualität auswirken können, entstehen besonders im Bereich des Energieeintrags in das Aufbaumaterial, z.B. in der Einflusszone eines Laserstrahls, der auf das pulverförmige Aufbaumaterial gerichtet ist bzw. im Bereich eines Schmelzbads. Zur Abführung von Verunreinigungen aus der Prozessumgebung wird üblicherweise das Aufbaumaterial einer zu bestrahlenden Schicht mit einem gerichteten Strom von Prozessgas bzw. einem Prozessgasstrom beströmt bzw. überströmt, z.B. mit einem Inertgas. Durch die lokale Energieeinwirkung einer Energieeintragsquelle, z.B. ein Laser, kann ein Teil des verflüssigten Aufbaumaterials aus dem Schmelzbad ausgestoßen werden und in den Prozessgasstrom eintreten. Die so ausgestoßene Fraktion des Schmelzbads kann sich im Prozessgas wieder verfestigen, wobei sich z.B. Partikel mit einem Durchmesser von mehreren Dutzend oder sogar mehreren Hundert Mikrometern bilden können, die auch als Spratzer oder „spatter“ bezeichnet werden.

Weiterhin kann im Betrieb einer additiven Fertigungsvorrichtung auch unverfestigtes bzw. unbestrahltes Aufbaumaterial in das Prozessgas eintreten. Beispielsweise können durch die Keyholedynamik im Tiefschweißprozess und infolge einer Bewegung eines Laserstrahls über die Schicht unverfestigte Pulverpartikel des Aufbaumaterials aufgewirbelt werden und aus einer Schicht des Aufbaumaterials austreten („cold spatter“).

Bei der Verarbeitung von metallischen bzw. metallhaltigen Aufbaumaterialien kann es durch die lokale Energieeinwirkung in eine Schicht des Aufbaumaterials dazu kommen, dass ein Teil des Aufbaumaterials verdampft und aus dem Schmelzbad ausgestoßen wird. Das so verdampfte Aufbaumaterial kann im gasförmigen Zustand in den Prozessgasstrom eintreten, dort kondensieren und wieder die Form eines Feststoffs annehmen. Diese kondensierten Metalldämpfe können aggregieren und, je nach Betriebsparameter der additiven Fertigung, unterschiedliche große Agglomerate im Prozessgas bilden, wobei ein Durchmesser eines Agglomerats z.B. geringer als 100 Nanometer sein kann. Die kondensierten Metalldämpfe und die ggf. im Prozessgas gebildeten Agglomerate werden nachfolgend unter dem Begriff „Metallkondensate“ bzw. „Kondensatpartikel“ zusammengefasst, wobei Metallkondensate eine Art von Verunreinigungspartikeln sind.

Die Metallkondensate, die auch als Schweißrauch bezeichnet werden, sowie andere Verunreinigungspartikel wie Spratzer oder unverfestigtes Aufbaumaterial können durch den gerichteten Prozessgasstrom aus der Prozessumgebung abgeführt werden. Um das Prozessgas im Betrieb zumindest teilweise wiederverwenden zu können, kann das aus der Prozessumgebung, z.B. einer Prozesskammer einer additiven Fertigungsvorrichtung, abgeführte Prozessgas in einer Filtereinrichtung aufgereinigt werden, bevor es der Prozesskammer erneut zugeführt wird. Dadurch kann einer schleichenden Kontamination der Prozesskammer und anderer Komponenten der additiven Fertigungsvorrichtung entgegengewirkt werden. Allerdings wird in bekannten Filtereinrichtungen von additiven Fertigungsvorrichtungen das Prozessgas üblicherweise umfassend dahingehend gefiltert, so dass möglichst alle Fremdstoffe aus dem Prozessgas entfernt werden, wobei die abgetrennten Partikel dann z.B. in Form eines Filterkuchens vorliegen und entsorgt werden müssen. Folglich kann bei dieser Art der Prozessgasaufreinigung eine erhebliche Menge an un verfestigtem Aufbaumaterial, das im Prozessgas mitgeführt wird, ungenutzt verloren gehen.

In anderen Bereichen der Technik sind zwar Vorrichtungen zur Abscheidung von Partikeln einer bestimmten Mindestgröße aus Gasen bekannt, wobei die abgetrennten Partikel in einer nutzbaren Form zurückgewonnen werden können. Allerdings besteht im Hinblick auf die additive Fertigung z.B. das Problem, insbesondere bei der Verarbeitung von metallhaltigen Aufbaumaterialien, dass das Prozessgas auch besonders kleine Partikel bzw. Partikel mit einer sehr geringen Masse enthalten kann. Dies betrifft z.B. feinste Pulverpartikel oder Metallkondensate, die einen Durchmesser von nur wenigen Nanometern haben können.

Derartige „Feinpartikel“ haben häufig die Neigung, beim Durchströmen einer Abscheidevorrichtung zumindest vorübergehend an strömungsführenden Oberflächen der Abscheidevorrichtungen anzuhaften. Daraus können sich bei der Verwendung von bekannten Abscheidevorrichtungen bei der additiven Fertigung Nachteile ergeben, vor allem bei der Verarbeitung von teilweise hoch reaktiven Metallpulvern. Beispielsweise kann es bei einem plötzlichen Kontakt von anhaftenden Feinpartikeln mit Sauerstoff zu einer unerwünschten Oxidation kommen, wobei die Partikel je nach Beschaffenheit leicht- oder selbstentzündlich sein können. Bei einem spontanen Ablösen der anhaftenden Feinpartikel kann sich eine explosionsfähige Atmosphäre in der Abscheidevorrichtung bilden. Bei einem Abreinigen der Anhaftungen kann die Gefahr einer Staubexplosion bestehen. Weiterhin kann die Gefahr bestehen, dass die anhaftenden Feinpartikel unbeabsichtigt in Kontakt mit aufgereinigten und/oder wiederverwertbaren Pulveranteilen kommen und diese kontaminieren und/oder zu einer Entzündung des wiederverwertbaren Aufbaumaterials führen können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelabscheider, ein Partikelabscheidesystem und ein additives Fertigungssystem sowie ein Prozessgasreinigungsverfahren zum Reinigen von Prozessgas und ein Verfahren zur Steuerung einer additiven Fertigung bereitzustellen, mit denen zumindest einige der zuvor beschriebenen Nachteile reduziert oder vermieden werden können. Diese Aufgabe wird durch einen Partikelabscheider gemäß Patentanspruch 1 , ein Partikelabscheidesystem nach Anspruch 14, ein additives Fertigungssystem nach Anspruch 15, ein Prozessgasreinigungsverfahren nach Anspruch 16 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Partikelabscheider ist dazu ausgebildet, um im Betrieb mit einer additiven Fertigungsvorrichtung so zusammenzuwirken, dass eine bestimmte Grobpartikelfraktion aus einem Prozessgas der additiven Fertigungsvorrichtung, welches Prozessgas den Partikelabscheider im Betrieb durchströmt, abgetrennt wird, insbesondere daraus abgeschieden wird. Das Prozessgas, das aus der additiven Fertigungsvorrichtung austritt und/oder in den Partikelabscheider eintritt, kann, wie eingangs beschrieben, eine Anzahl von Partikeln unterschiedlicher Größe enthalten. Die Partikel oder Verunreinigungspartikel sind insbesondere Verunreinigungen im Prozessgas, die z.B. als Nebenprodukt einer additiven Fertigung entstanden sind.

Eine „Grobpartikelfraktion“ kann insbesondere über einen bestimmten „Grenzkorndurchmesser“ von im Prozessgas mitgeführten Partikeln definiert sein. Ein „Grenzkorndurchmesser“ bezeichnet einen Durchmesser von bestimmten Partikeln, deren Abscheidegrad bzw. Abscheideverhältnis durch den Partikelabscheider im Betrieb näherungsweise 50% beträgt. Die Abscheiderate bezieht sich auf die Quantität der betreffenden Partikel im Prozessgas beim Eintritt des Prozessgases in den Partikelabscheider bzw. beim Austritt aus dem Partikelabscheider. Mit anderen Worten kann etwa die Hälfte der Partikel, deren Durchmesser näherungsweise einem bestimmten Grenzkorndurchmesser entspricht, im Betrieb über den Partikelabscheider aus dem Prozessgasstrom abgeschieden werden.

Ein jeweiliger Grenzkorndurchmesser ist eine Größe, die zumindest von der konstruktiven Ausgestaltung und den Betriebsparametern des Partikelabscheiders abhängen kann. Das bedeutet, dass der Partikelabscheider dazu ausgebildet, insbesondere dazu ausgelegt, sein kann, um im Betrieb einen bestimmten Grenzkorndurchmesser zu erreichen, d.h. um Partikel ab einer definierten Größe, abhängig von einem gewählten Grenzkorndurchmesser, zu mindestens 50% aus dem Prozessgas abzuscheiden.

Bei dem erfindungsgemäßen Partikelabscheider kann eine Grobpartikelfraktion vorzugsweise darüber definiert sein, dass im Betrieb ein Grenzkorndurchmesser zumindest 1 Mik- rometer (pm) ist und/oder darüber, dass ein Grenzkorndurchmesser höchstens 20 pm ist. Dies wird später näher beschrieben.

Der Partikelabscheider kann bevorzugt so ausgebildet sein, dass im Betrieb eine möglichst hohe Trennschärfe bei der Abscheidung der Grobpartikelfraktion erreicht wird. Bevorzugt kann die Trennschärfe so definiert sein und/oder der Partikelabscheider kann so realisiert sein, dass bezogen auf einen bestimmten Grenzkorndurchmesser zumindest 90% der Partikel, vorzugsweise zumindest 95% der Partikel, bevorzugt zumindest 99% der Partikel, insbesondere im Wesentlichen alle Partikel, die über den Partikelabscheider aus dem Prozessgas abgeschieden werden, der Grobpartikelfraktion zugeordnet sind.

Der Partikelabscheider kann insbesondere ein Massenkraftabscheider sein bzw. kann nach dem Prinzip eines Massenkraftabscheiders arbeiten. Entsprechend kann der Partikelabscheider ein Schwerkraftabscheider, ein Trägheitsabscheider oder ein Fliehkraftabscheider sein und/oder kann nach dem jeweiligen Prinzip arbeiten.

Der Partikelabscheider umfasst einen Hauptströmungsleitkörper für Prozessgas. Der Hauptströmungsleitkörper kann je nach Ausführung auch als Rotationshauptkörper oder Wirbelkammer bezeichnet werden. Der Hauptströmungsleitkörper ist, ungeachtet der konkreten Ausgestaltung, dazu ausgebildet, um bei bestimmungsgemäßer Durchströmung mit Prozessgas eine Grobpartikelfraktion aus dem Prozessgas abzutrennen.

Als weiteres Element weist der Partikelabscheider ein Einlasselement auf, das dazu ausgebildet ist, um das aus einer additiven Fertigungsvorrichtung austretende Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper, vorzugsweise gerichtet, einzubringen. Dazu kann das Einlasselement an einer Seite mit dem Hauptströmungsleitkörper und an einer anderen Seite mit der additiven Fertigungsvorrichtung und/oder mit einer Prozessgaszuführung verbunden sein, z.B. mit entsprechenden Rohrleitungen für Prozessgas.

Der Partikelabscheider weist weiterhin ein Auslasselement für Prozessgas auf, das dazu ausgebildet ist, um das Prozessgas nach einer bestimmungsgemäßen Durchströmung des Hauptströmungsleitkörpers aus dem Hauptströmungsleitkörper, vorzugsweise gerichtet, abzuführen. Im Betrieb des Partikelabscheiders kann das Prozessgas, insbesondere umfassend eine Feinpartikelfraktion, über das Auslasselement aus dem Partikelabscheider austreten und/oder einer Filtereinrichtung zugeführt werden. Der Partikelabscheider umfasst bevorzugt ein Austrittselement für eine Grobpartikelfraktion, das dazu ausgebildet ist, um die im Hauptströmungsleitkörper abgeschiedene Grobpartikelfraktion aus dem Hauptströmungsleitkörper abzuführen. Das Austrittselement kann Teil des Hauptströmungsleitkörpers sein oder kann separat ausgebildet und, bevorzugt fest, mit dem Hauptströmungsleitkörper verbunden sein. Bevorzugt kann das Austrittselement mit einem Sammelbehälter verbunden sein, wie später beschrieben wird.

Je nach Ausführung kann das Austrittselement Teil eines konischen Bereichs des Partikelabscheiders sein und/oder kann mit einem konischen Bereich des Partikelabscheiders verbunden sein. Der konische Bereich des Partikelabscheiders kann sich vorzugsweise an einen im Wesentlichen zylinderartigen bzw. rotationssymmetrischen Bereich des Hauptströmungsleitkörpers anschließen, insbesondere an eine Wirbelkammer des Hauptströmungsleitkörpers. Bevorzugt ist der konische Bereich rotationssymmetrisch ausgebildet. Weiter bevorzugt kann der konische Bereich Teil des Hauptströmungsleitkörpers des Partikelabscheiders sein. Ein solcher konischer Bereich mit einem Austrittselement kann z.B. bei einem Fliehkraftabscheider bzw. Zyklonabscheider vorgesehen sein, insbesondere bei einem Zyklon mit Umkehr der Axialströmung (Gegenstromzyklon). Sofern ein Zyklon ohne Umkehr der Axialströmung (Gleichstromzyklon) oder ein anderer Massenkraftabscheider als Partikelabscheider eingesetzt wird, kann auf den konischen Bereich verzichtet werden, wobei dennoch vorzugsweise zumindest ein Austrittselement zur Abführung der Grobpartikelfraktion aus dem Hauptströmungsleitkörper vorgesehen ist. In der Beschreibung der Erfindung wird - sofern nicht anders erwähnt und ohne eine Beschränkung darauf - davon ausgegangen, dass der Partikelabscheider ein Zyklonabscheider mit Umkehr der Axialströmung mit einem konischen Bereich und einem daran angeordneten Austrittselement ist, da sich dabei besondere Vorteile ergeben können.

Erfindungsgemäß umfasst der Partikelabscheider - ungeachtet der konkreten Ausführungsform - zumindest ein Haftreduzierungselement. Ein Haftreduzierungselement ist insbesondere dazu ausgebildet, um eine Anzahl von im Prozessgas mitgeführten Partikeln einer Feinpartikelfraktion, die im Betrieb an einer beströmten, insbesondere an einer strömungsführenden, Oberfläche des Partikelabscheiders anhaften, zu reduzieren, insbesondere gegenüber einem Partikelabscheider ohne ein Haftreduzierungselement.

Ein Haftreduzierungs- bzw. Haftungsreduzierungselement kann zumindest ein Temperierelement aufweisen, das dazu ausgebildet ist, um zumindest einen zugeordneten Teilbereich einer Gehäusewandung des Partikelabscheiders, welcher Teilbereich im Betrieb zumindest zeitweise von Prozessgas beströmt ist, insbesondere ein strömungsführender Teilbereich der Gehäusewandung, zu temperieren. Der temperierte Teilbereich der Gehäusewandung kann insbesondere darüber definiert sein, dass der Teilbereich im Betrieb zumindest zeitweise mit Prozessgas beaufschlagt wird. Unter „Temperieren“ wird vorzugsweise verstanden, dass im Betrieb in dem temperierten Teilbereich ein bestimmter Temperaturgradient zwischen dem Prozessgas und dem Partikelabscheider erreicht wird und/oder eine bestimmte Temperatur im Betrieb des Partikelabscheiders erreicht und/oder möglichst konstant gehalten wird.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Haftreduzierungselement wenigstens ein Element zur Strömungsführung aufweisen. Ein solches Strömungsführungselement ist dazu ausgebildet, um das Prozessgas einer additiven Fertigungsvorrichtung in Form von zumindest zwei, vorzugsweise zumindest abschnittsweise räumlich voneinander getrennten, Teilströmen in den, bevorzugt im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper einzubringen.

Vorteilhafterweise kann über den erfindungsgemäßen Partikelabscheider eine Grobpartikelfraktion aus dem Prozessgas für eine Rückgewinnung einer nutzbaren Pulverfraktion abgetrennt werden, wobei durch das Haftreduzierungselement ein Anhaften von Feinpartikeln einer Feinpartikelfraktion des Prozessgases an beströmten, insbesondere an strömungsführenden bzw. strömungsleitenden, Oberflächen des Partikelabscheiders möglichst geringgehalten oder vermieden werden kann. Entsprechend seiner Funktion kann der Partikelabscheider auch als Vorabscheider, Grobpartikelabscheider oder Trennvorrichtung bezeichnet werden. Der Grobpartikelabscheider ist erfindungsgemäß zur Abscheidung der Grobpartikelfraktion ausgebildet, wobei die Feinpartikelfraktion des Prozessgases beim Durchströmen des Partikelabscheiders im Wesentlichen vollständig im Prozessgas gehalten werden kann, wobei die Feinpartikelfraktion vorzugsweise über eine stromabwärts liegende Filtereinrichtung bzw. eine Prozessgasaufbereitung aus dem Prozessgas entfernt werden kann.

Der Partikelabscheider ist speziell zum Zusammenwirken mit einer additiven Fertigungsvorrichtung ausgebildet, wobei eine additive Fertigungsvorrichtung im Betrieb besondere technische Anforderungen an den Partikelabscheider stellt. Insbesondere sollten die Druckverluste beim Durchströmen des Partikelabscheiders möglichst gering sein, um eine Schädigung der additiven Fertigungsvorrichtung zu vermeiden. Entsprechend muss der Partikelabscheider konstruktiv besonders an eine additive Fertigungsvorrichtung bzw. Fertigungsmaschine angepasst sein, wobei z.B. eine Strömungsgeschwindigkeit von Prozessgas beim Eintritt in den Hauptströmungsleitkörper vergleichsweise gering ist und/oder ein Durchmesser des Hauptströmungsleitkörpers vergleichsweise groß ist (gegenüber bekannten Abscheidevorrichtungen). Diese konstruktiven Anpassungen können ein Anhaften von Feinpartikeln beim Durchströmen des Partikelabscheiders begünstigen.

Vorteilhafterweise kann durch ein Haftreduzierungselement ein Mittel bereitgestellt werden, um eine Neigung und/oder eine Fähigkeit von Partikeln einer Feinpartikelfraktion zur Anhaftung im Betrieb um ein gewisses Maß zu reduzieren. Unter der „Feinpartikelfraktion“ bzw. Feinpartikeln werden die (Fein-)Partikel im Prozessgas verstanden, deren Durchmesser weniger als 1 pm beträgt.

Vorteilhafterweise kann über ein Temperierelement im Betrieb ein Temperaturgradient bzw. ein Temperaturunterschied zwischen dem Prozessgas einer additiven Fertigungsvorrichtung und einer strömungsführenden Gehäusewandung des Partikelabscheiders reduziert werden, wobei dadurch z.B. der Effekt der Thermophorese, der insbesondere die Feinpartikelfraktion betrifft, gegenüber untemperierten Abscheidevorrichtungen deutlich reduziert werden kann. Dadurch können Anhaftungen der Feinpartikelfraktion an Oberflächen des Partikelabscheiders gegenüber bekannten Abscheidevorrichtungen erheblich verringert oder sogar vollständig vermieden werden. Vorteilhafterweise kann ein Anhaften von Feinpartikeln durch das Temperierelement auch ohne aktive Beheizung des Partikelabscheiders zumindest reduziert werden.

Bei einem Partikelabscheider mit einem Strömungsführungselement kann das aus einer additiven Fertigungsmaschine austretende Prozessgas gezielt so in den Partikelabscheider hinein und/oder gezielt so hindurchgeführt werden, dass möglichst alle mit Strömung beaufschlagten Bereiche des Partikelabscheiders im Betrieb derart mit Prozessgas angeströmt werden, z.B. mit einem ausreichend starken Prozessgasstrom, dass Anhaftungen der Feinpartikelfraktion verringert oder vermieden werden. Beispielsweise kann das Strömungsführungselement so ausgebildet sein, dass in den mit Prozessgasströmung beaufschlagten Bereichen des Partikelabscheiders eine bestimmte Mindestwandschubspannung anliegt, um Anhaftungen der Feinpartikelfraktion zu reduzieren oder zu vermeiden. Auch dadurch lassen sich die eingangs genannten Nachteile wenigstens zum Teil reduzieren oder vermeiden. Besondere Vorteile der Erfindung können sich bei einem Partikelabscheider mit einer Kombination aus zumindest einem Temperierelement und einem Strömungsführungselement ergeben, da sich die vorteilhaften Effekte der beiden Merkmale synergistisch ergänzen können.

Ein erfindungsgemäßes Partikelabscheidesystem umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Partikelabscheider. Weiterhin kann das Partikelabscheidesystem wenigstens einen Sammelbehälter für eine Grobpartikelfraktion eines Prozessgases aufweisen. Die Grobpartikelfraktion wurde aus einem Prozessgas einer additiven Fertigungsmaschine abgetrennt, welches Prozessgas den Partikelabscheider im Betrieb bestimmungsgemäß durchströmt. Der Sammelbehälter bzw. Auffangbehälter ist dem Partikelabscheider zumindest zeitweise zugeordnet, insbesondere zur Aufnahme der abgetrennten Grobpartikelfraktion. Vorzugsweise kann der Auffangbehälter einen steuerbaren Verschlussmechanismus gegenüber einer Umgebung haben. Bevorzugt kann der Auffangbehälter eine Koppelstelle für ein Fördermodul haben, wobei über die Koppelstelle eine reversible Verbindung mit einem Fördermodul herstellbar ist, insbesondere zur Überführung einer Grobpartikelfraktion aus dem Auffangbehälter in das Fördermodul.

Alternativ oder zusätzlich kann das Partikelabscheidesystem ein Fördermodul aufweisen, das dem Partikelabscheider zumindest zeitweise zugeordnet ist. Das Fördermodul und/oder das Partikelabscheidesystem, insbesondere ein Sammelbehälter des Partikelabscheidesystems, können dazu ausgebildet sein und/oder so Zusammenwirken, um eine Grobpartikelfraktion, vorzugsweise im laufenden Betrieb des Partikelabscheiders, aus einem Sammelbehälter des Partikelabscheidesystems zu entfernen. Bevorzugt kann das Fördermodul eine Koppelstelle haben, die mit der Koppelstelle des Auffangbehälters zur Ausbildung einer reversiblen Verbindung Zusammenwirken kann. Bevorzugt ist das Fördermodul ansteuerbar so ausgebildet, dass die reversible Verbindung mit dem Sammelbehälter, insbesondere die Entnahme der Grobpartikelfraktion aus dem Sammelbehälter, in einem automatisierten Prozess durchgeführt wird, d.h. ohne direktes manuelles Zutun.

Alternativ oder zusätzlich kann die abgetrennte Grobpartikelfraktion manuell aus dem Sammelbehälter entnommen werden, vorzugsweise durch Absaugen, insbesondere während einer Betriebspause des Partikelabscheiders.

Ein erfindungsgemäßes additives Fertigungssystem umfasst zumindest eine additive Fertigungsvorrichtung zur Fertigung wenigstens einer Bauteilschicht zumindest eines Bauteils bzw. Fertigungsprodukts in einem additiven Fertigungsprozess. Die additive Fertigungsvorrichtung weist wenigstens eine Zuführvorrichtung zum Einbringen zumindest einer Schicht eines Aufbaumaterials in einen Prozessraum bzw. eine Prozesskammer, eine Bestrahlungseinheit zum selektiven Verfestigen des Aufbaumaterials der Schicht durch Bestrahlung von zumindest einem Teilbereich der Schicht mittels der Bestrahlungseinheit, eine Steuereinheit zur Steuerung der Vorrichtung und eine Prozessgasabführeinrichtung auf. Die Prozessgasabführeinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest eine von additiven Fertigungsprozessen bekannte Filtereinrichtung bzw. Prozessgasaufbereitung zur Aufreinigung des Prozessgases, insbesondere zur Aufbereitung von Prozessgas für eine Wiederverwendung in der additiven Fertigungsvorrichtung, z.B. ein Umluftfiltersystem mit einer Anzahl von Filterelementen. Die Prozessgasabführeinrichtung kann z.B. Gebläse und/oder strömungsführende Mittel aufweisen, um einen gerichteten Prozessgasstrom im Prozessraum zu erzeugen. Bevorzugt kann die Prozessgasabführeinrichtung Leitungen für das Prozessgas aufweisen, um das Prozessgas zwischen der Filtereinrichtung und/oder der additiven Fertigungsvorrichtung und/oder einem Partikelabscheider zu transportieren. Entsprechend kann die Prozessgasabführeinrichtung auch dazu ausgebildet sein, um mittels der Filtereinrichtung aufgereinigtes Prozessgas in den Prozessraum einzubringen. Die Prozessgasabführeinrichtung kann zumindest teilweise auch räumlich getrennt von der additiven Fertigungsvorrichtung ausgebildet sein. Das additive Fertigungssystem weist weiterhin zumindest einen erfindungsgemäßen Partikelabscheider auf, insbesondere wenigstens ein erfindungsgemäßes Partikelabscheidesystem.

Ein erfindungsgemäßes Prozessgasreinigungsverfahren zum Reinigen von Prozessgas zumindest einer additiven Fertigungsvorrichtung, insbesondere Prozessgas, das bei einer additiven Fertigung bzw. im Betrieb der additiven Fertigungsvorrichtung mit (Verschmut- zungs-)Partikeln angereichert wird, wird so durchgeführt, dass zumindest ein Teil des Prozessgases zum Abtrennen einer Grobpartikelfraktion aus dem Prozessgas einem Partikelabscheider zugeführt wird, insbesondere einem erfindungsgemäßen Partikelabscheider und/oder einem erfindungsgemäßen Partikelabscheidesystem. Bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, dass zumindest ein mit Prozessgas beströmter Teilbereich einer Gehäusewandung des Partikelabscheiders temperiert wird. Bevorzugt kann zumindest ein mit Prozessgas beströmter Teilbereich mittels eines Haftreduzierungselements des Partikelabscheiders umfassend wenigstens ein Temperierelement temperiert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann mittels wenigstens eines Elements zur Strömungsführung das Prozessgas mit zumindest zwei Teilströmen in einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper des Partikelabscheiders eingebracht werden. Vorzugsweise kann das Prozessgas über ein Haftreduzierungselement des Partikelabscheiders umfassend wenigstens ein Element zur Strömungsführung mit zumindest zwei Teilströmen in den Hauptströmungsleitkörper eingebracht werden.

Optional kann in dem Verfahren eine Rückführung zumindest eines Teils einer aus dem Prozessgas abgetrennten Grobpartikelfraktion erfolgen, vorzugsweise zur Nutzung in einer additiven Fertigungsvorrichtung. Beispielsweise kann die abgetrennte Grobpartikelfraktion zumindest teilweise als Aufbaumaterial in denselben additiven Fertigungsprozess eingesetzt werden, aus dem das mittels des Prozessgasreinigungsverfahrens gereinigte Prozessgas stammt.

Optional kann in dem Verfahren zumindest ein Teil des Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung einer Filtereinrichtung zur Aufbereitung zugeführt werden, vorzugsweise nach einem Durchströmen des Partikelabscheiders. Es ist auch möglich, dass ein Teil des Prozessgases der additiven Fertigungsvorrichtung zur Aufbereitung direkt der Filtereinrichtung zugeführt wird. Die Filtereinrichtung kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, um das zugeführte Prozessgas für eine Wiederverwendung in der additiven Fertigungsvorrichtung aufzubereiten. Die Filtereinrichtung kann vorzugsweise Teil eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen additiven Fertigungssystems sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer additiven Fertigung wenigstens einer Bauteilschicht zumindest eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem wenigstens eine Schicht eines Aufbaumaterials in einen Prozessraum einer additiven Fertigungsvorrichtung eingebracht wird und das Aufbaumaterial der Schicht durch Bestrahlung von zumindest einem Teilbereich der Schicht mittels einer Bestrahlungseinheit selektiv verfestigt wird, wird so durchgeführt, dass zumindest ein Teil eines Prozessgases der additiven Fertigung, insbesondere Prozessgas, das bei der additiven Fertigung bzw. im Betrieb der additiven Fertigungsvorrichtung mit (Verschmutzungs-)Partikeln angereichert wird, gemäß einem erfindungsgemäßen Prozessgasreinigungsverfahren gereinigt wird. Insbesondere kann zumindest ein Teil eines solchen Prozessgases aus der additiven Fertigung einem erfindungsgemäßen Partikelabscheider zugeführt werden, um über den Partikelabscheider eine Grobpartikelfraktion aus dem Prozessgas abzutrennen. Das beschriebene Verfahren zur Steuerung der additiven Fertigung kann insbesondere zur Steuerung einer additiven Fertigungsvorrichtung und/oder eines additiven Fertigungssystems ausgebildet sein, wobei die einzelnen Verfahrensschritte dann über die Fertigungsvorrichtung bzw. das Fertigungssystem ausgeführt werden.

Vorteilhafterweise basieren das Partikelabscheidesystem, das additive Fertigungssystem, das Prozessgasreinigungsverfahren und das Verfahren zur Steuerung der additiven Fertigung auf einem erfindungsgemäßen Partikelabscheider, so dass sich die für den Partikelabscheider beschriebenen vorteilhaften Effekte auch für diese Systeme bzw. für die Verfahren ergeben.

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

Die im Prozessgasstrom mitgeführten Partikel können eine bestimmte Größenverteilung aufweisen, wobei die Größenverteilung vorzugsweise bestimmte Quantile aufweist. Entsprechend kann der Partikelabscheider so ausgebildet sein, dass im Betrieb ein Grenzkorndurchmesser kleiner ist als das 10. Perzentil der Partikelgröße (auch bezeichnet als d10) einer abzutrennenden Grobpartikelfraktion und/oder größer ist, als das 90. Perzentil der Partikelgröße (auch bezeichnet als d90) einer Feinpartikelfraktion im Prozessgas.

Vorzugsweise kann eine Grobpartikelfraktion des Prozessgases so definiert sein, dass ein Grenzkorndurchmesser im Betrieb des Partikelabscheiders zumindest etwa 1 pm, bevorzugt zumindest etwa 3 pm, besonders bevorzugt zumindest etwa 4 pm, insbesondere etwa 5 pm, ist. Ein Grenzkorndurchmesser kann vorzugsweise höchstens etwa 20 pm, bevorzugt höchstens etwa 15 pm, weiter bevorzugt höchstens etwa 10 pm, besonders bevorzugt höchstens etwa 8 pm, insbesondere höchstens etwa 7 pm, sein. Bevorzugt kann es sich bei den genannten Durchmessern jeweils um einen „aerodynamisch äquivalenten Durchmesser“ von Partikeln handeln.

Da die im Prozessgas mitgeführten Partikel der Grobpartikelfraktion und der Feinpartikelfraktion häufig keine ideale Kugelform haben, kann eine Modellierung des Partikelabscheiders erfolgen, vorzugsweise unter Berücksichtigung eines „aerodynamisch äquiva- lenten Durchmessers“ eines jeweiligen Partikels. Der „aerodynamisch äquivalente Durchmesser“ eines bestimmten Partikels ist so definiert, dass sich dieser Partikel beim Durchströmen des Partikelabscheiders in etwa gleich zu einem zugeordneten (ideal) kugelförmigen Partikel verhält; insbesondere zu einem Pulverpartikel mit einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Dichte. Beispielsweise kann ein Partikel mit einem aerodynamisch äquivalenten Durchmesser von 5 pm ein vergleichbares Strömungsverhalten im Partikelabscheider haben wie ein (ideal) kugelförmiger Partikel mit einem Durchmesser von 5 pm.

Vorzugsweise kann ein bestimmter Grenzkorndurchmesser durch einen zugeordneten aerodynamisch äquivalenten Durchmesser definiert sein. Entsprechend kann der Partikelabscheider dazu ausgebildet sein, um im Betrieb zum Erreichen eines bestimmten Grenzkorndurchmessers Partikel abzuscheiden, die einen aerodynamisch äquivalenten Durchmesser (als Grenzkorndurchmesser) von zumindest etwa 1 pm und/oder höchstens etwa 20 pm und/oder einen der zuvor beschriebenen Werte, haben.

Vorzugsweise kann eine Feinpartikelfraktion des Prozessgases so definiert sein, dass ein Durchmesser eines jeweiligen (Fein-)Partikels, insbesondere eines „Primärpartikels“, kleiner als etwa 1000 nm, vorzugsweise kleiner als etwa 500 nm, bevorzugt kleiner als etwa 200 nm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 100 nm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 50 nm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 25 nm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 10 nm, insbesondere 5 nm oder kleiner, ist. Bevorzugt kann es sich bei den genannten Durchmessern jeweils um einen „aerodynamisch äquivalenten Durchmesser“ von Partikeln handeln.

Die (Fein-)Partikel der Feinpartikelfraktion können insbesondere dadurch entstehen, dass im Fertigungsprozess Aufbaumaterial auf Verdampfungstemperatur gebracht wird und zumindest teilweise verdampft. Der Metalldampf kann insbesondere im Prozessgasstrom und in geringerer Menge an einer Prozesskammerwandung bzw. innerhalb einer Prozessgasleitung kondensieren, wobei das (Metall-)Kondensat sich verfestigt und wenigstens teilweise agglomerieren kann. Diese Metallkondensate bzw. Kondensatpartikel sind typischerweise Bestandteile des sog. Laserschweißrauchs.

Je nach Betriebsbedingungen können Metallkondensate zu größeren Partikeln agglomerieren. Es ist deshalb bevorzugt, dass sich die zuvor genannten Durchmesser der (Fein- )Partikel auf „Primärpartikel“ beziehen. Als „Primärpartikel“ werden Metallkondensatparti- kel im Prozessgas bezeichnet, sobald der jeweilige Partikel einen festen Zustand erreicht hat, also insbesondere vor einer möglichen Agglomeration.

Alternativ oder zusätzlich kann die Feinpartikelfraktion des Prozessgases über eine bestimmte (Massen-)Dichte der Partikel definiert sein. Vorzugsweise kann eine Dichte der Feinpartikelfraktion, insbesondere der Agglomerate, deutlich geringer sein, als eine Dichte der Pulverpartikel des Aufbaumaterials.

Insbesondere kann die Feinpartikelfraktion des Prozessgases bzw. die Feinpartikel über eine bestimmte Stokes-Zahl (Sf) definiert sein. Beispielsweise können die Feinpartikel, insbesondere ein jeweiliger Kondensatpartikel, bei einer Dichte von etwa 100 (kg*m ^-3 ) und bei einer Partikelgröße bzw. einem Durchmesser von jeweils etwa 1*10' ⁹ (m) unter typischen Arbeitsbedingungen des (Partikel-)Abscheiders eine Stokes-Zahl von etwa 1 ,09*10' ⁹ haben. Vorzugsweise können die jeweiligen Feinpartikel bei der genannten Dichte und bei einem Durchmesser von etwa 2*10' ⁹ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 2,18*10' ⁹ , bevorzugt bei einem Durchmesser von etwa 5*10' ⁹ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 5,50*10' ⁹ , haben. Vorzugsweise können die jeweiligen Feinpartikel bei der genannten Dichte und bei einem Durchmesser von etwa 2*10' ⁸ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 2,28*10' ⁸ , bevorzugt bei einem Durchmesser von etwa 2*10' ⁷ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 3,63*10' ⁷ , weiter bevorzugt bei einem Durchmesser 5*10' ⁷ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 1 ,59*10' ⁶ , insbesondere bei einem Durchmesser von etwa 1*10' ⁶ eine Stokes-Zahl von etwa 5,51 *10' ⁶ , haben.

Im Vergleich dazu kann ein Stahlpulver als Aufbaumaterial mit einer Dichte von etwa 8030 (kg*m' ³ ) bei einer Partikelgröße von etwa 1*10' ⁶ (m) und bei typischen Arbeitsbedingungen des (Partikel-)Abscheiders eine Stokes-Zahl von etwa 4,42*10' ⁴ haben. Vorzugsweise kann das(-selbe) Aufbaumaterial unter typischen Arbeitsbedingungen des (Partikel- )Abscheiders bei einer Partikelgröße von etwa 2*10' ⁶ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 1 ,64*10' ³ , bevorzugt bei einem Durchmesser von etwa 1 *10' ⁵ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 3,83*10' ² , besonders bevorzugt bei einem Durchmesser von etwa 5*10' ⁵ (m) eine Stokes-Zahl von etwa 9,44*10' ¹ , insbesondere bei einem Durchmesser von etwa 1*10' ⁴ eine Stokes-Zahl von etwa 3,77*10° haben.

Da die Feinpartikel, insbesondere Metallkondensatpartikel, wie erwähnt häufig keine ideale Kugelform haben, kann eine Feinpartikelfraktion vorzugsweise durch einen aerodynamisch äquivalenten Durchmesser der jeweils umfassten Partikel definiert sein. Vorzugs- weise kann die Feinpartikelfraktion solche Feinpartikel umfassen, die im Betrieb des Partikelabscheiders ein im Wesentlichen gleiches Strömungsverhalten zeigen wie (ideal) kugelförmige Partikel, insbesondere Pulverpartikel, mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1000 nm, vorzugsweise weniger als etwa 500 nm, bevorzugt weniger als etwa 200 nm, weiter bevorzugt weniger als etwa 100 nm, weiter bevorzugt weniger als etwa 50 nm, weiter bevorzugt weniger als etwa 25 nm, weiter bevorzugt weniger als etwa 10 nm, insbesondere 5 nm oder weniger.

Um Anhaftungen der Feinpartikelfraktion an strömungsführenden Oberflächen des Partikelabscheiders im Betrieb entgegenzuwirken, kann das Temperierelement wenigstens ein Isolierungselement zur thermischen Isolierung zumindest des zugeordneten temperierten Teilbereichs der Gehäusewandung des Partikelabscheiders haben. Insbesondere kann der Teilbereich der Gehäusewandung durch das Isolierungselement gegenüber einer äußeren Umgebung der Gehäusewandung bzw. des Partikelabscheiders thermisch isoliert bzw. gedämmt werden. Als Gehäusewandung wird eine Wand des Partikelabscheiders bezeichnet, über die ein Grundkörper des Partikelabscheiders ausgebildet ist, insbesondere das Einlasselement, der Hauptströmungsleitkörper und das Auslasselement, sowie ggf. noch weitere Elemente, wie z.B. das Austrittselement.

Das Temperierelement kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, um zwei oder mehr, auch räumlich getrennte, Teilbereiche der Gehäusewandung zu temperieren. Bevorzugt können zumindest zwei Teilbereiche der Gehäusewandung auf unterschiedliche Temperaturen temperiert werden. Entsprechend kann das Temperierelement vorzugsweise zwei oder mehr, auch separate, Isolierungselemente umfassen. Bevorzugt kann einem jeweiligen Isolierungselement ein bestimmter Teilbereich zur Temperierung zugeordnet sein.

Bevorzugt ist das (jeweilige) Isolierungselement so ausgebildet, dass im Betrieb des Partikelabscheiders eine Oberflächentemperatur einer innenliegenden Gehäusewandung zumindest im temperierten Teilbereich maximal 5 °C, vorzugsweise maximal 4 °C, bevorzugt maximal 3 °C, besonders bevorzugt maximal 2 °C, insbesondere maximal 1 °C oder weniger, geringer ist als eine Prozessgastemperatur des vorbeiströmenden Prozessgases und/oder geringer ist als eine Temperatur der Feinpartikelfraktion im Prozessgas.

Das Isolierungselement kann z.B. einen EPDM-Schaumstoff, ein Filz, ein Polyestervlies, Glaswolle, Steinwolle, Hanffasern, Flachsfasern, Holzwolle, Schafwolle (bzw. jeweils Matten aus diesen Materialien), synthetische Fasermatten, Kunststoffschäume, mineralische Schäume und/oder Mischungen daraus aufweisen. Vorzugsweise kann das Isolierungselement von außen auf der Gehäusewandung angeordnet sein, um einen bestimmten Teilbereich, insbesondere eine innenliegende Gehäusewandung, zu temperieren.

Bevorzugt kann das Temperierelement, insbesondere das Isolierungselement und/oder ein Heizelement, dazu ausgebildet und/oder so angeordnet sein, dass der zumindest eine temperierte Teilbereich der Gehäusewandung im Wesentlichen orthogonal bzw. normal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Betrieb im Partikelabscheider angeordnet ist, insbesondere in Bezug auf eine Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper und/oder im Auslasselement. Anders ausgedrückt kann der zumindest eine temperierte Teilbereich im Wesentlichen parallel zu einem Fliehkraftvektor angeordnet sein, welcher Fliehkraftvektor von der Hauptrotationsachse des Prozessgases im Wesentlichen orthogonal ausgeht bzw. davon normal weg zeigt.

Unter der „Hauptrotationsachse“ wird eine gedachte Achse verstanden, um die das Prozessgas im Betrieb, d.h. beim bestimmungsgemäßen Durchströmen des Partikelabscheiders, gemäß einer Hauptströmungsrichtung des Prozessgases rotiert, insbesondere beim Durchströmen des Hauptströmungsleitkörpers und/oder des Auslasselements. Die Hauptströmungsrichtung entspricht einer mittleren Strömungsrichtung von Prozessgas im Partikelabscheider, wobei die mittlere Strömung auch bei ggf. auftretenden überlagerten Fluktuationen (Turbulenzen) und/oder ggf. auftretenden periodischen Störungen (z.B. „precessing vortex core“) weitestgehend konstant bleiben kann. Im Betrieb kann das partikelbeladene Prozessgas über das Einlasselement in den Partikelabscheider eintreten und kann sich dann zur Abscheidung der Grobpartikelfraktion auf einer annähernd helixartigen Bahn durch den Partikelabscheider, insbesondere durch den Hauptströmungsleitkörper, bewegen. Vorzugsweise rotiert der Prozessgasstrom auf Grund der helixartigen Strömungsbewegung um die Hauptrotationsachse.

Je nach Bauart kann das Prozessgas durch einen optionalen konischen Bereich bzw. einen Abscheidekonus nach innen zur Hauptrotationsachse hin gezwungen werden, wobei die Axialkomponente der helixförmigen Strömung geändert wird, so dass das Prozessgas in Richtung des Auslasselements strömt.

Alternativ könnte das Prozessgas auch ohne Strömungsumkehr aus dem Hauptströmungsleitkörper ausgeleitet werden. Die abgetrennte Grobpartikelfraktion kann über das Austrittselement, das z.B. mit dem Abscheidekonus verbunden ist, und einen sich daran anschließenden Sammelbehälter abgeführt werden.

Der Begriff „im Wesentlichen orthogonal“ zur Hauptrotationsachse ist so zu verstehen, dass der zumindest eine temperierte Teilbereich, insbesondere ein Bereich, auf welchem bzw. entlang welchem im Betrieb zumindest zeitweise eine Prozessgasströmung geleitet wird, auch um einen gewissen Winkel gegenüber der Hauptrotationsachse verkippt angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der temperierte Teilbereich um einen Winkel von höchstens etwa 20°, vorzugsweise höchstens etwa 10°, bevorzugt höchstens etwa 5° oder weniger gegenüber der Hauptrotationsachse geneigt sein. Beispielsweise könnte der temperierte Teilbereich im Betrieb im Wesentlichen parallel zu einer Prozessgaszuführung in den Partikelabscheider sein, z.B. überwiegend parallel zu entsprechenden Zuführleitungen und/oder überwiegend parallel zum Einlasselement.

Vorteilhafterweise kann über die Temperierung von bestimmten Teilbereichen der Gehäusewandung das Auftreten von Anhaftungen auf möglichst effiziente Weise verringert oder vermieden werden. Vorteilhafterweise können gezielt solche Abschnitte des Partikelabscheiders temperiert werden, die z.B. auf Grund der Strömungscharakteristik im Partikelabscheider besonders anfällig für Anhaftungen von Feinpartikeln sind, auch bezeichnet als „kritische Bereiche“. Kritische Bereiche sind insbesondere solche Bereiche der innenliegenden Gehäusewandung, in denen bei bestimmungsgemäßer Durchströmung des Partikelabscheiders eine vergleichsweise geringe Strömungsgeschwindigkeit von Prozessgas und/oder eine vergleichsweise geringe Wandschubspannung anliegt (verglichen mit anderen Bereichen der Gehäusewandung). Solche kritischen Bereiche sind insbesondere Flächen, die normal zur Hauptrotationsachse von Prozessgas liegen, da diese Flächen relativ wenig von der Fliehkraft beeinflusst werden, die im Betrieb normal von der Hauptrotationsachse ausgeht, so dass auch das Prozessgas und/oder die Feinpartikel mit weniger kinetischer Energie auf diese Bereiche auftreffen, was ein Anhaften begünstigen kann. Folglich kann gerade eine Temperierung der kritischen Bereiche zu einer erheblichen Reduzierung von Anhaftungen führen, wobei andere Flächen der Gehäusewandung, die außerhalb eines temperierten Teilbereichs liegen, untemperiert bleiben können bzw. kein Temperierungselement aufweisen.

Ein besonderer Vorteil kann sich im Betrieb daraus ergeben, dass zumindest ein temperierter Teilbereich, insbesondere ein Bereich der Gehäusewandung, der im Betrieb zumindest zeitweise mit Prozessgas angeströmt wird bzw. der einer Prozessgasströmung ausgesetzt ist, dem Hauptströmungsleitkörper und/oder zumindest ein temperierter Teilbereich dem Auslasselement für Prozessgas aus dem Partikelabscheider zugeordnet sein kann. Entsprechend kann das Temperierelement mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann das Temperierelement mehrere Isolierungselemente und/oder mehrere Heizelemente aufweisen.

Bevorzugt kann zumindest ein temperierter Teilbereich des Hauptströmungsleitkörpers im Wesentlichen orthogonal bzw. normal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper angeordnet sein. Besonders bevorzugt können überwiegend alle (Teil-)Bereiche des Hauptströmungsleitkörpers, die im Betrieb im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper liegen, mittels zumindest eines Temperierelements temperiert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein temperierter Teilbereich des Auslasselements im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Auslasselement angeordnet sein. Die Hauptrotationsachse von Prozessgas im Auslasselement entspricht im Betrieb vorzugsweise der Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper. Besonders bevorzugt können überwiegend alle (Teil-)Bereiche des Auslasselements, die im Betrieb im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Auslasselement liegen, mittels zumindest eines Temperierelements temperiert werden.

Vorteilhafterweise kann durch die Anordnung eines oder mehrerer Temperierelemente speziell in den kritischen Bereichen des Partikelabscheiders ein Anhaften von Feinpartikeln weiter reduziert oder vermieden werden, wobei die temperierten Bereiche auf die kritischen Bereiche begrenzt sein können, was Vorteile bei der Montage, Wartung und Inspektion der Temperierelemente und hinsichtlich der Kosten haben kann. Bei der gezielten Temperierung nur der kritischen Bereiche des Partikelabscheiders handelt es sich vorzugsweise um eine „Mindesttemperierung“, wobei optional noch andere Bereiche temperiert sein können, wie später beschrieben wird. Speziell bei einem Temperierelement in Form eines Isolierungselements kommt der Vorteil hinzu, dass gerade das Isolierungsmaterial günstig zu beschaffen und leicht zu montieren ist. Durch die besondere Positionierung der Temperierelemente (und ggf. weiterer Maßnahmen) kann zur Abscheidung der Grobpartikelfraktion aus dem Prozessgas ein Gegenstromzyklon verwendet werden, wobei diese Art von Abscheidevorrichtung relativ robust und günstig zu betreiben ist. Bei der Verwendung eines Fliehkraftabscheiders ist es grundsätzlich möglich, dass der Fliehkraftabscheider bzw. dessen Längserstreckung im Betrieb gegenüber der Lotrichtung verkippt angeordnet ist. Im Extremfall könnte der Fliehkraftabscheider (Gleich- oder Gegenstromzyklon) auch annähernd orthogonal zur Lotrichtung angeordnet sein. Entsprechend ist es bevorzugt, dass der zumindest eine temperierte Teilbereich auch dann im Wesentlichen normal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Partikelabscheider angeordnet ist, wobei die Hauptrotationsachse dann ebenfalls (deutlich) gegenüber der Lotrichtung verkippt sein kann. Nachfolgend wird die Erfindung - ohne eine Beschränkung darauf - anhand eines stehenden bzw. in Lotrichtung angeordneten Gegenstromzyklons beschrieben, da dies im Betrieb Vorteile mit sich bringen kann. Bei dem beschriebenen Gegenstromzyklon ist die Axialkomponente der Prozessgasströmung nach dem Eintreten in den Hauptströmungsleitkörper im Wesentlichen parallel zur Lotrichtung, bzw. weist in Lotrichtung nach unten, wobei die Grobpartikelfraktion vor allem mittels Schwerkraft in Richtung des Austrittselements, insbesondere in Richtung des Sammel- bzw. Gutkornbehälters transportiert wird.

Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Parallelschaltung und/oder eine Reihenschaltung von zwei oder mehr Partikelabscheidern möglich. Beispielweise kann ein Partikelabscheidesystem oder ein additives Fertigungssystem eine oder mehrere Parallelschaltungen und/oder eine oder mehrere Reihenschaltungen aus zumindest jeweils zwei Partikelabscheidern aufweisen. Grundsätzlich kann eine jeweilige Parallel- bzw. Reihenschaltung eine Anzahl von Partikelabscheidern umfassen, die nach demselben Prinzip arbeiten. Allerdings können auch unterschiedliche Typen von Partikelabscheidern in Reihe bzw. parallel geschaltet werden, z.B. ein Schwerkraftabscheider, ein Trägheitsabscheider und ein Fliehkraftabscheider. Insbesondere können die Hauptströmungsleitkörper der jeweiligen Massenkraftabscheider in Form einer Reihenschaltung bzw. in Form einer Parallelschaltung angeordnet sein. Zum besseren Verständnis wird die Erfindung, ohne eine Beschränkung darauf, anhand eines einzelnen Partikelabscheiders beschrieben.

Vorzugsweise können auch solche (Teil-)Bereiche des Auslasselements, die im Betrieb im Wesentlichen parallel zur Hauptrotationsachse von Prozessgas im Auslasselement liegen, mittels zumindest eines Temperierelements temperiert werden. Bevorzugt kann das Auslasselement zumindest abschnittsweise nach der Art eines Zylinders realisiert sein, wobei eine innenliegende Zylindermantelfläche des Auslasselements zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig, über ein zugeordnetes Temperierelement temperiert werden kann. Insbesondere kann eine Gehäusewandung des Aus- lasselements, die einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper und einen Deckel des Auslasselements ausbildet, welcher Deckel vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Hauptrotationsachse von Prozessgas angeordnet ist, überwiegend vollständig temperiert sein.

Vorteilhafterweise kann über eine kontinuierliche Isolierung der kritischen Bereiche des Hauptströmungsleitkörpers und des Auslasselements sowie der Zylindermantelfläche des Auslasselements eine homogene Temperierung der Gehäusewandung erreicht werden, wobei ein unerwünschtes Abkühlen der kritischen Bereiche verhindert werden kann, z.B. auf Grund von untemperierten Teilbereichen und Wärmeleitung. Weiter vorteilhaft können auch einige oder alle (Teil-)Bereiche des Hauptströmungsleitkörpers, die im Betrieb im Wesentlichen parallel zur Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper liegen, mittels zumindest eines Temperierelements temperiert werden. Vorzugsweise könnte zumindest der Teil der Gehäusewandung, der einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bereich des Hauptströmungsleitkörpers bildet, insbesondere eine Wirbelkammer, ein Temperierelement aufweisen.

Um die Bildung von Anhaftungen im Betrieb des Partikelabscheiders weiter zu reduzieren, kann das Temperierelement zumindest ein steuerbares Heizelement aufweisen. Das Heizelement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, um im Betrieb zumindest den zugeordneten temperierten Teilbereich der Gehäusewandung des Partikelabscheiders zur Temperierung auf eine bestimmte Solltemperatur, insbesondere aktiv, zu erwärmen bzw. zu beheizen. Bevorzugt kann eine innenliegende Gehäusewandung im temperierten Teilbereich auf eine Solltemperatur aktiv erwärmt werden. Mittels des Heizelements kann somit eine „aktive Temperierung“ des zumindest einen Teilbereichs der Gehäusewandung erfolgen.

Das Heizelement ist vorzugsweise Teil des Temperierelements, wobei das Heizelement bevorzugt dazu ausgebildet und/oder so angeordnet ist, dass der zumindest eine erwärmte Teilbereich der Gehäusewandung im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Partikelabscheider, insbesondere in Bezug auf eine Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper und/oder im Auslasselement, angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass im Wesentlichen alle Bereiche des Hauptströmungsleitkörpers und/oder des Auslasselements, die im Betrieb im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Partikelabscheider angeordnet sind, mittels zumindest eines Heizelements beheizt werden. Vorzugsweise kann das Temperierelement zwei oder mehr separat zu betreibende Heizelemente aufweisen. Vorzugsweise ist einem jeweiligen zu temperierenden Teilbereich zumindest ein Heizelement zugeordnet. Es ist aber auch möglich, dass einem Teilbereich mehrere separate Heizelemente zugeordnet sind. Ein Heizelement kann z.B. eine Heizfolie umfassen, die von außen auf eine Gehäusewandung aufgebracht wird, um eine innenliegende Gehäusewandung in einem bestimmten Teilbereich zu beheizen. Die Steuerung der Heizelemente kann von einer zugeordneten Steuereinheit ausgeführt werden, z.B. durch eine Steuereinheit einer additiven Fertigungsmaschine.

Bevorzugt kann das (jeweilige) Heizelement dazu ausgebildet sein, um zumindest den einen temperierten Teilbereich der Gehäusewandung des Partikelabscheiders so zu erwärmen bzw. zu beheizen, dass eine Oberflächentemperatur der innenliegenden Gehäusewandung im beheizten Teilbereich wenigstens 1 °C, vorzugsweise wenigstens 3 °C, bevorzugt wenigstens 5 °C, weiter bevorzugt wenigstens 8 °C, weiter bevorzugt wenigstens 9 °C, insbesondere wenigstens 10 °C, und/oder höchstens 35 °C, vorzugsweise höchstens 25 °C, bevorzugt höchstens 20 °C, weiter bevorzugt höchstens 18 °C, weiter bevorzugt höchstens 16 °C, insbesondere höchstens 15 °C, höher ist als eine Prozessgastemperatur des an dem Teilbereich entlang strömenden Prozessgases und/oder höher ist als eine Temperatur der Feinpartikel im Prozessgas.

Beispielsweise könnte eine typische Prozessgastemperatur beim Eintritt in den Partikelabscheider etwa 50 °C sein. Dann könnte ein (temperierter) Teilbereich so beheizt werden, dass die innenliegende Gehäusewandung in diesem Bereich eine Temperatur von wenigstens 50 °C und/oder höchstens 85 °C hat, vorzugsweise eine Temperatur von höchstens 65 °C, bevorzugt eine Temperatur von etwa 60 °C.

Vorteilhafterweise kann durch eine aktive Erwärmung von Flächen der Gehäusewandung, insbesondere in kritischen Bereichen, die Anhaftung von Feinpartikeln im Partikelabscheider weiter reduziert oder vollständig vermieden werden. Insbesondere kann auch bei ungünstigen Betriebsparametern, z.B. bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten von Prozessgas im Partikelabscheider, eine Ablagerung von Feinpartikeln weitestgehend vermieden werden, wobei insbesondere der Effekt der Thermophorese abgeschwächt werden kann. Je nach Betriebsparameter, kann der Effekt der Thermophorese durch eine aktive Erwärmung der Gehäusewandung ggf. sogar umgekehrt werden. Dieser vorteilhafte Effekt kann bereits durch eine mäßige Erwärmung der Gehäusewandung von z.B. 5 °C bis 15 °C oberhalb der Prozessgastemperatur erreicht werden, wobei der Energieaufwand vertretbar ist und die additive Fertigungsvorrichtung nicht in schädigender Weise erhitzt wird.

Ein besonderer Vorteil kann sich bei einem Temperierelement ergeben, das eine Kombination aus zumindest einem Isolierungselement und zumindest einem Heizelement umfasst. Vorzugsweise kann demselben temperierten Teilbereich ein Isolierungselement und ein Heizelement gleichzeitig zugeordnet sein. Beispielsweise kann das Heizelement in das Isolierungselement integriert sein. Dann könnte das Heizelement nur bedarfsweise zugeschaltet werden, z.B. falls eine beginnende Anhaftung festgestellt wird, was sich vorteilhaft auf den Energieverbrauch auswirken kann. Weiter vorteilhaft ist, dass bei einem solchen Temperierelement eine besonders homogene Temperierung bzw. Erwärmung eines temperierten Teilbereichs erfolgen kann. Es ist aber auch möglich, dass einem ersten Teilbereich ein Isolierungselement und einem anderen, zweiten Teilbereich ein Heizelement zugeordnet ist. Auch eine Kombination der beschriebenen Ausführungsformen ist möglich.

Entsprechend kann, je nach Ausführung, das Temperierelement selbst einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Temperierelement mehrere zusammenwirkende Teil-Temperierelemente aufweisen, wobei z.B. ein Teil-Temperierelement zur Temperierung zumindest eines Teilbereichs des Hauptströmungsleitkörpers und ein anderes Teil-Temperierelement zur Temperierung zumindest eines Teilbereichs des Auslasselements ausgebildet ist.

Um die Bildung von Anhaftungen weiter zu reduzieren, kann der Hauptströmungsleitkörper, insbesondere bei einem Fliehkraftabscheider, so ausgebildet sein, dass im Inneren des Hauptströmungsleitkörpers ein vollständig freier Hohlraum ausgebildet ist. Insbesondere kann im Bereich einer Trennstrecke des Partikelabscheiders ein vollständig freier Hohlraum ausgebildet sein, d.h. ein Hohlraum ohne Einbauten. Bevorzugt kann der Partikelabscheider, insbesondere der Hauptströmungsleitkörper, „tauchrohrfrei“ ausgebildet sein, wobei der Partikelabscheider kein Tauchrohr im überwiegend zylindrischen Hauptströmungsleitkörper umfasst. Mit anderen Worten kann der Partikelabscheider (im Inneren) im Wesentlichen keine Flächen aufweisen, von denen ein nächstgelegener Fliehkraftvektor weg zeigt. Vorteilhafterweise kann dadurch das Risiko von Anhaftungen weiter verringert werden, da gerade die Flächen eines Massenkraftabscheiders, von denen der Fliehkraftvektor im Betrieb weg zeigt, besonders anfällig für Anhaftungen sind.

Das zuvor beschriebene Temperierelement ist als Teil eines Haftreduzierungselements ausgebildet bzw. kann ein solches auch (alleine) ausbilden. Es ist jedoch bevorzugt, dass ein Haftreduzierungselement eine Kombination von zumindest einem Temperierelement und zumindest einem Element zur Strömungsführung aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Haftreduzierungselement (alleine) durch ein Element zur Strömungsführung ausgebildet ist. Grundsätzlich kann ein Partikelabscheider zwei oder mehr, auch separate, Haftreduzierungselemente aufweisen. Die jeweiligen Haftreduzierungselemente können unterschiedlich ausgebildet sein.

Ein Element zur Strömungsführung bzw. ein Strömungsführungselement kann dazu ausgebildet sein, um das Prozessgas vor dem Eintritt und/oder beim Eintritt in den Partikelabscheider und/oder im Partikelabscheider in zumindest zwei Teilströme aufzutrennen. Die Teilströme können wenigstens vorübergehend räumlich voneinander getrennt durch den Partikelabscheider geführt werden. Das Strömungsführungselement kann je nach Ausführung als Teil des Einlasselements und/oder des Hauptströmungsleitkörpers und/oder des Auslasselements realisiert sein. Weiterhin kann das Strömungsführungselement auch als separates Bauteil des Partikelabscheiders ausgebildet sein und/oder mit bestimmten Elementen des Partikelabscheiders im Betrieb Zusammenwirken. Entsprechend kann das Strömungsführungselement mehrteilig ausgebildet sein bzw. kann mehrere separate Bauteile umfassen.

Bevorzugt kann das Element zur Strömungsführung so ausgebildet sein, dass im Betrieb des Partikelabscheiders ein erster Teilstrom von Prozessgas an einem ersten diskreten Eintrittsort und ein zweiter Teilstrom von Prozessgas an einem zweiten diskreten Eintrittsort in den, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper eingebracht wird. Bevorzugt können der erste und/oder der zweite Teilstrom jeweils im Wesentlichen tangential in den Hauptströmungsleitkörper eingeleitet werden. Besonders bevorzugt können der erste Eintrittsort und der zweite Eintrittsort einander diametral gegenüberliegen.

Das Element zur Strömungsführung kann auch so ausgebildet sein, dass das Prozessgas mittels drei oder mehr Teilströmen in den, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper eingebracht wird. Bevorzugt ist jedem Teilstrom ein separater bzw. diskreter Eintrittsort in den Hauptströmungsleitkörper zugeordnet, um den jeweiligen Teilstrom, insbesondere im Wesentlichen tangential, in den Hauptströmungsleitkörper einzuleiten.

Bevorzugt können die (drei oder mehr) jeweiligen Eintrittsorte für Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper so durch das Strömungsführungselement ausgebildet sein, dass die jeweiligen Teilströme im Wesentlichen gleichmäßig über einen inneren Umfang des, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörpers verteilt in den Hauptströmungsleitkörper eintreten. Besonders bevorzugt können die jeweiligen Eintrittsorte so durch das Strömungsführungselement ausgebildet sein, dass die jeweiligen Teilströme im Wesentlichen gleichmäßig verteilt über einen inneren Umfang einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer in den Hauptströmungsleitkörper eintreten. Der innere Umfang ergibt sich z.B. bei einer Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Hauptströmungsleitkörper, insbesondere durch die Wirbelkammer.

Vorteilhafterweise kann über das Element zur Strömungsführung das Prozessgas möglichst gleichmäßig verteilt in den Hauptströmungsleitkörper, insbesondere in die Wirbelkammer, eingeleitet werden. Dadurch kann erreicht werden, dass wenigstens die kritischen Bereiche, die im Wesentlichen normal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas im Hauptströmungsleitkörper sind, so (stark) mit Prozessgas beaufschlagt werden, dass im Betrieb an diesen Flächen eine bestimmte Mindestwandschubspannung anliegt. Vorteilhafterweise kann durch den „gerasterten“ Einstrom von Prozessgas über drei oder mehr Eintrittsorte besonders zuverlässig erreicht werden, dass möglichst in allen kritischen Bereichen des Hauptströmungsleitkörpers im Betrieb eine bestimmte (Mindest- )Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird und/oder eine bestimmte Mindestwandschubspannung erzeugt wird, so dass Anhaftungen vermieden werden. Vorzugsweise kann das Prozessgas durch das portionsweise Einbringen zumindest in den kritischen Bereichen des Hauptströmungsleitkörpers annähernd parallel zur Gehäusewandung strömen.

Weiter vorteilhaft können durch das gleichmäßige Einbringen des Prozessgases und durch die Einleitung von Teilströmen derart, dass eine Hauptrichtung einer Teilströmung einen möglichst kleinen Winkel zur Gehäusewandung am Punkt des Eintritts in den Hauptströmungsleitkörper einnimmt, d.h. im Wesentlichen tangential, auch bei einem tauchrohrfreien Zyklonabscheider Strömungskurzschlüsse verhindert werden. Unter ei- nem „Strömungskurzschluss“ wird ein (direktes) Wiederaustreten der Prozessgasströmung aus dem Hauptströmungsleitkörper, insbesondere der Wirbelkammer, verstanden, wobei das Prozessgas weniger als eine vollständige Umdrehung gemäß der Helixbewegung durchläuft. Vorzugsweise kann eine horizontale Ausdehnung eines jeweiligen (tangentialen) Einlasses, also eine Ausdehnung im Wesentlichen orthogonal zur Gehäusewandung des vorzugsweise zylindrischen Hauptströmungsleitkörpers möglichst gering sein, so dass möglichst kein Prozessgas (direkt) in einen Verbindungsbereich zum Auslasselement strömt.

Vorteilhafterweise kann der Partikelabscheider durch diese und weitere konstruktive Maßnahmen besonders gut an die technischen Besonderheiten einer additiven Fertigungsvorrichtung angepasst sein, so dass z.B. auch bei vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeiten von Prozessgas im Partikelabscheider Anhaftungen zumindest reduziert werden können. Beispielsweise kann eine Strömungsgeschwindigkeit von Prozessgas einer additiven Fertigungsvorrichtung beim Eintritt in den Partikelabscheider etwa 6 m/s oder weniger betragen, wobei bei bekannten Abscheidevorrichtungen üblicherweise Geschwindigkeiten von bis zu 20 m/s erreicht werden, was sich auf die Bildung von Anhaftungen auswirken kann.

Das Element zur Strömungsführung kann ein Prozessgasleitelement bzw. ein (Prozess- gas-)Einlasselement aufweisen, das zumindest teilweise, insbesondere überwiegend vollständig, um einen (äußeren) Umfang des Hauptströmungsleitkörpers herum angeordnet ist, insbesondere am (äußeren) Umfang der im Wesentlichen zylinderartigen Wirbelkammer. Eine Innenquerschnittsfläche des Prozessgasleitelements, die im Wesentlichen orthogonal zu einer (mittleren) Strömungsrichtung von Prozessgas im bzw. durch das Prozessgasleitelement steht, kann entlang der Strömungsrichtung, insbesondere kontinuierlich, abnehmen. Das Prozessgasleitelement kann eine Leitung für Prozessgas mit einem sich verjüngenden Strömungsquerschnitt umfassen, die außen um den Hauptströmungsleitkörper umläuft, z.B. nach der Art einer Schnecke. Die Zuführung von Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper kann mittels einer Anzahl von diskreten Eintrittsorten erfolgen, wobei die Eintrittsorte vorzugsweise gleichmäßig verteilt über den (inneren) Umfang des Hauptströmungsleitkörpers, insbesondere der Wirbelkammer, angeordnet sind.

Vorteilhafterweise kann darüber erreicht werden, dass das Prozessgas möglichst gleichmäßig in den Hauptströmungsleitkörper eingebracht wird, wobei das Prozessgas an einem jeweiligen Eintrittsort eine bestimmte, im Wesentlichen überall gleich große, mittlere Einströmgeschwindigkeit bzw. eine im Wesentlichen gleich große Volumenstromdichte haben kann. Das hat den Vorteil, dass in den kritischen Bereichen im Betrieb eine Mindestwandschubspannung erzeugt und/oder möglichst kontinuierlich aufrechterhalten werden kann.

Alternativ, vorzugsweise zusätzlich, kann das Element zur Strömungsführung ein Prozessgasleitelement aufweisen, das eine Anzahl von, bevorzugt zumindest teilweise verstellbar gelagerten, strömungslenkenden Elementen aufweist. Vorzugsweise kann jeweils ein strömungslenkendes Element einem separaten Eintrittsort von Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper zugeordnet sein. Die strömungslenkenden Elemente können z.B. nach der Art von (verstellbaren) Leitschaufeln ausgebildet sein. Entsprechend kann das Prozessgasleitelement dazu ausgebildet sein, um im Betrieb eine, vorzugsweise lokale, Veränderung einer Innenkontur eines Teils des Partikelabscheiders, insbesondere des überwiegend rotationssymmetrischen Hauptströmungsleitkörpers, zu erreichen, z.B. gegenüber einer Ruheposition des Partikelabscheiders. Eine Ruheposition, die alternativ auch als Ruhezustand, Ausgangsposition oder Neutraleinstellung des Partikelabscheiders bezeichnet werden kann, ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (aktuell) nicht von Prozessgas durchströmt wird.

Vorzugsweise können solche Leitschaufeln in Kombination mit einem Prozessgasleitelement mit einem sich verjüngenden Strömungsquerschnitt (Variante „Schnecke“) verwendet werden. Bei dieser Ausführung können die einzelnen Eintrittsorte (nur) durch die jeweiligen Leitschaufeln voneinander getrennt sein. Mit anderen Worten könnte ein jeweiliger Eintrittsort durch zwei benachbarte Leitschaufeln ausgebildet sein.

Vorzugsweise können einige dieser Leitschaufeln, z.B. jede zweite, verstellbar gelagert sein, insbesondere auch separat gegenüber anderen Leitschaufeln. Bevorzugt kann ein bestimmter Winkel zwischen einer jeweiligen Leitschaufel und der (mittleren) Strömungsrichtung von Prozessgas im Prozessgasleitelement eingestellt werden, z.B. in einem automatisierten Prozess mittels einer Steuereinheit.

Vorteilhafterweise kann dadurch im Betrieb der Prozessgaseinstrom in den Hauptströmungsleitkörper (bedarfsgerecht) gesteuert werden, insbesondere auch ortsaufgelöst. Beispielsweise könnte damit einer beginnenden Anhaftung in einem bestimmten Bereich der Gehäusewandung entgegengewirkt werden. Vorzugsweise kann das Prozessgasleitelement, insbesondere die Variante einer Schnecke, und/oder zumindest einige Leitschaufeln dazu ausgebildet sein, um einen bestimmten Teilstrom von Prozessgas tangential so in den, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper einzubringen, dass ein Winkel zwischen einem Geschwindigkeitsvektor eines jeweiligen Teilstroms und der innenliegenden Gehäusewandung zumindest beim Einbringen von Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper möglichst gering ist.

Alternativ kann das Prozessgasleitelement und/oder das Element zur Strömungsführung auch dazu ausgebildet sein, um einen oder mehrere Prozessgasströme mit einem bestimmten Winkel in Bezug auf die innenliegende Gehäusewandung in den Partikelabscheider einzubringen. Beispielsweise könnte das Prozessgas über einen axialen Einlass in den Partikelabscheider eingebracht werden, wobei eine Rotation des Prozessgases über einen Drallerzeuger, z.B. axial arbeitende Leitschaufeln, als Teil des Strömungsführungselements realisiert ist.

Alternativ oder zusätzlich kann das Element zur Strömungsführung ein Prozessgasleitelement aufweisen, das zumindest teilweise nach der Art einer Helix ausgebildet ist. Vorzugsweise kann das Prozessgasleitelement zumindest teilweise, insbesondere überwiegend vollständig, um einen (äußeren) Umfang des Hauptströmungsleitkörpers herum angeordnet sein. Bevorzugt kann das Prozessgasleitelement so ausgebildet sein, dass eine Steigung der Helix derart ist, dass ausgehend von einem ersten Eintrittsort für Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper nach einer vollständigen Umrundung der (Hauptrotati- ons-)Achse durch das Prozessgasleitelement ein axialer Versatz im Wesentlichen einer axialen Ausdehnung des ersten Eintrittsorts entspricht. Vorzugsweise kann der axiale Versatz gerade so groß sein wie die axiale Ausdehnung des (ersten) Eintrittsorts bzw. Einlasses, wobei ein Teilstrom von Prozessgas nach einer Umdrehung bzw. Umrundung durch das Prozessgasleitelement direkt, insbesondere ohne Stufe und/oder ohne Strömungstotgebiete, unter den ersten Einlass geführt wird, so dass der Teilstrom über einen weiteren Einlass in den Hauptströmungsleitkörper eintreten kann.

Vorzugsweise kann ein wenigstens abschnittsweise helixartiges Prozessgasleitelement an einem (äußeren) Umfang des Hauptströmungsleitkörpers angeordnet sein. Es wäre aber auch möglich, dass das Prozessgasleitelement eine Deckeloberfläche des Hauptströmungsleitkörpers umfasst, die zumindest teilweise nach der Art einer Helix ausgebildet ist. Die Deckeloberfläche kann vorzugsweise ein Bereich der innenliegenden Gehäu- sewandung des Partikelabscheiders sein, insbesondere der Wirbelkammer, der den Hauptströmungsleitkörper in Richtung zum Auslasselement hin begrenzt. Beispielsweise können zumindest Teilbereiche des Hauptströmungsleitkörpers, die im Wesentlichen normal zu einer Hauptrotationsachse angeordnet sind, eine helixartige Struktur aufweisen (als Prozessgasleitelement). Eine solche helixartige Struktur kann vorzugsweise eine dreidimensionale Struktur ausbilden, insbesondere zur Strömungsführung. Anders als zuvor beschrieben kann eine Steigung einer solchen helixartigen Oberflächenstruktur auch vergleichsweise flach sein und kann im Extremfall auch gegen null gehen. Bevorzugt kann ein Prozessgasleitelement eine Kombination aus einem zumindest teilweise helixartig ausgebildeten Prozessgasleitelement und einem sich verjüngenden Strömungsquerschnitt (Variante „Schnecke“) umfassen.

Alternativ oder zusätzlich könnte auch das Einlasselement, z.B. außerhalb des Hauptströmungsleitkörpers, ein derartiges strömungslenkendes Element aufweisen, das zumindest teilweise nach der Art einer Helix ausgebildet ist, insbesondere in einem Bereich des Einlasselements, der im Betrieb im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse angeordnet ist.

Der Partikelabscheider umfasst vorzugsweise ein Auslasselement zum Austritt von Prozessgas, welches Auslasselement einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Grundköper aufweist. Dieser Grundkörper oder Auslasstopf, kann sich an den, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Hauptströmungsleitkörper des Partikelabscheiders anschließen. Das Auslasselement kann weiterhin einen, bevorzugt tangential, am Grundkörper angeordneten, insbesondere im Betrieb horizontalen, Austrittsbereich für Prozessgas aus dem Auslasselement aufweisen. Der Austrittsbereich kann mehrteilig ausgebildet sein und/oder kann im Betrieb mit einer Filtereinrichtung einer additiven Fertigungsvorrichtung verbunden sein.

Bevorzugt kann ein Verhältnis zwischen einem (inneren) Durchmesser des Grundkörpers des Auslasselements und einem (inneren) Durchmesser des, vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrischen, Hauptströmungsleitkörpers zumindest etwa 0,25, vorzugsweise zumindest etwa 0,4, bevorzugt zumindest etwa 0,5, insbesondere zumindest etwa 0,533 und/oder höchstens etwa 0,7, vorzugsweise höchstens etwa 0,66, sein. Der (innere) Durchmesser des Grundkörpers des Auslasselements bezieht sich insbesondere auf die Anschlussstelle zwischen Auslasselement und Hauptströmungsleitkörper. Vorteilhafterweise können dadurch die Flächen im Auslasselement, die im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse von Prozessgas im Auslasselement sind, möglichst gering sein, wobei Anhaftungen im Auslasselement entgegengewirkt werden kann. Weiterhin vorteilhaft kann eine axiale Strömungsgeschwindigkeit von Prozessgas im Auslasselement so weit reduziert werden, dass möglichst kein Prozessgas aus dem Hauptströmungsleitkörper angezogen wird, wobei eine Kurzschlussströmung vermieden werden kann, wobei dennoch eine bestimmte Mindestwandschubspannung in möglichst allen strömungsführenden Bereichen des Auslasselements erreicht wird.

Vorzugsweise kann das Auslasselement weiterhin einen Deckel bzw. eine Abdeckung aufweisen, der einem Eintrittsort für Prozessgas in das Auslasselement gegenüberliegt. Insbesondere bei einem Gegenstromzyklon kann das Prozessgas, nachdem durch den Abscheidekonus eine Umkehr der Axialkomponente der Hauptströmung erfolgt ist, vom Hauptströmungsleitkörper über den Eintrittsort in den Grundkörper des Auslasselements eintreten, wobei das Prozessgas sich auf einer helixartigen Bahn bewegt und/oder um die Hauptrotationsachse im Hauptströmungsleitkörper rotiert. Die Hauptrotationsachse im Hauptströmungsleitkörper kann, wie schon beschrieben, im Wesentlichen gleich verlaufen zur Hauptrotationsachse im Auslasselement. Beispielsweise kann bei einem Partikelabscheider in einer Betriebsposition der Hauptströmungsleitkörper in Lotrichtung angeordnet sein, wobei sich nach unten, d.h. in Lotrichtung der Abscheidekonus anschließt, und wobei an einer gegenüberliegenden Seite des Hauptströmungsleitkörpers (nach oben weisend) das Auslasselement angeordnet ist. Dann könnte der Deckel des Auslasselements den oberen Abschluss des Partikelabscheiders bilden und kann z.B. formschlüssig mit dem Auslasstopf Zusammenwirken. Der Deckel kann z.B. als Teil der Gehäusewandung, vorzugsweise abnehmbar, ausgebildet sein. Grundsätzlich könnte der Deckel auch fest mit dem Auslasstopf verbunden sein und/oder als Teil des Auslasstopfs ausgebildet sein.

Bevorzugt kann der Deckel zumindest ein strömungslenkendes Element für Prozessgas aufweisen, welches durch das Element zur Strömungsführung ausgebildet ist. Das Strömungsführungselement kann, wie beschrieben, mehrteilig ausgebildet sein. Entsprechend kann ein (erster) Teil des Strömungsführungselements dem Auslasselement zugeordnet sein, wobei ein anderer (zweiter) Teil des Strömungsführungselements dem Hauptströmungsleitkörper zugeordnet sein kann. Die Zuordnung kann insbesondere so erfolgen, dass im Betrieb ein Teil des Strömungsführungselements eine definierte strömungsleitende Wirkung im Auslasselement entfaltet, wobei ein anderer Teil des Strömungsführungselements eine strömungsleitende Wirkung im Hauptströmungsleitkörper entwickelt. Vorzugsweise kann das strömungslenkende Element des Auslasselements einen im Betrieb von Prozessgas durchströmten Strömungsbereich im Auslasselement verengen, bevorzugt zum Austrittsbereich hin. Beispielsweise kann ein strömungslenkendes Element mittels eines hohlen Kegelstumpfs ausgebildet sein, der sich zum Deckel und/oder zu einem vorzugsweise tangentialen Austrittsbereich hin verjüngt. Vorzugsweise kann darüber ein Strömungsbereich ausgebildet werden, der zumindest teilweise die Form eines Kegelstumpfs hat. Alternativ kann das strömungslenkende Element mittels eines hohlen schiefen bzw. schrägen Kegels realisiert sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das strömungslenkende Element im Auslasselement eine innenliegende Deckeloberfläche des Deckels umfassen, die zumindest teilweise nach der Art einer Helix ausgebildet ist. Eine Steigung dieser helixartigen Struktur kann vergleichsweise flach sein und kann im Extremfall auch gegen null gehen.

Vorteilhafterweise kann eine helixartig ausgebildete Deckeloberfläche des Auslasselements und/oder des Hauptströmungsleitkörpers dazu beitragen, dass der Prozessgasstrom im Betrieb an solchen Flächen der Gehäusewandung, die im Wesentlichen parallel zu einem Fliehkraftvektor oder orthogonal zur Hauptrotationsachse stehen, entlanggeführt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann das Auslasselement, insbesondere über das Element zur Strömungsführung, so ausgebildet sein, dass der vorzugsweise tangentiale Austrittsbereich stufenlos gegenüber dem Deckel des Auslasselements ausgebildet ist. Das bedeutet, dass zumindest die aneinander angrenzenden Bereiche der (innenliegenden) Deckeloberfläche und des Austrittsbereichs stufenlos ineinander übergehen können. Entsprechend kann auch das Einlasselement stufenlos gegenüber der (innenliegenden) Deckeloberfläche des Hauptströmungsleitkörpers ausgebildet sein. Bevorzugt können zumindest die aneinander angrenzenden Bereiche der (innenliegenden) Deckeloberfläche der Wirbelkammer und des Einlasselements stufenlos ineinander übergehen.

Bevorzugt kann das Einlasselement zumindest an einem (jeweiligen) Eintrittspunkt von Prozessgas in den Hauptströmungsleitkörper und/oder das Auslasselement an einem Austrittspunkt von Prozessgas aus dem Auslasstopf einen im Wesentlichen eckigen Querschnitt haben. Vorzugsweise kann der Querschnitt des Einlasselements und/oder des Auslasselements ausgehend vom Eintritts- bzw. Austrittspunkt im Verlauf des jeweili- gen Elements (stromaufwärts bzw. stromabwärts) kontinuierlich in einen annähernd runden Querschnitt überführt werden. Vorteilhafterweise kann durch diese besondere Strömungsführung eine dauerhafte oder wiederkehrende Strömungsablösung und das Auftreten von Wirbeln möglichst vermieden werden.

Alternativ oder zusätzlich kann das Auslasselement, insbesondere das Element zur Strömungsführung im Auslasselement, eine Anzahl von separaten Austrittsbereichen für Prozessgas aus dem Auslasselement und/oder eine Anzahl von, vorzugsweise verstellbar gelagerten, strömungslenkenden Elementen aufweisen, z.B. eine oder mehrere Leitschaufeln. Zumindest einige der Leitschaufeln können in einem automatisierten Prozess verstellbar ausgebildet sein.

Vorteilhafterweise kann bei einem solchen „mehrflutigen“ Auslasselement im Betrieb eine möglichst geringe Axialgeschwindigkeit im Auslasselement erreicht werden, wobei darüber eine weitere konstruktive Anpassung des Partikelabscheiders an die Behandlung von Prozessgas aus einer additiven Fertigung erfolgen kann.

Die Gehäusewandung des Partikelabscheiders kann, insbesondere zur Ausbildung von Einlasselement, Hauptströmungsleitkörper und/oder Auslasselement, vorzugsweise aus einem kaltgewalzten Stahlblech gefertigt sein. Bevorzugt kann eine mittlere Rauheit des kaltgewalzten Stahlblechs, insbesondere eine mittlere Rauheit einer innenliegenden Gehäusewandung, einen Wert von etwa 0,4 pm (Ra) haben. Besonders bevorzugt kann zumindest die innenliegende Gehäusewandung mittels einer (stahlkugel-)gestrahlten Edelstahloberfläche realisiert sein.

Dieses Material hat den Vorteil, dass es vergleichsweise günstig zu beschaffen ist und eine Anhaftung von Feinpartikeln zumindest nicht begünstigt.

Optional könnte zumindest ein Teilbereich des Partikelabscheiders, der vorzugsweise im Betrieb im Wesentlichen normal zu einer Hauptrotationsachse von Prozessgas liegt, auch eine für Feinpartikel bzw. Metallkondensate „haftungswidrige“ Beschichtung aufweisen, um ein Anhaften von Feinpartikeln weiter zu reduzieren. Eine haftungswidrige Beschichtung kann z.B. eine DLC-Plasmabeschichtung („Diamond-Like-Carbon“) und/oder eine PTFE-Beschichtung (Polytetrafluorethylen) und/oder eine TiN-Plasmabeschichtung (Titan- Nitrid) und/oder eine Glasbeschichtung und/oder Lotusbeschichtung sein, vorzugsweise auch eine Kombination daraus. Eine solche „haftungswidrige“ Beschichtung könnte z.B. Teil eines Haftreduzierungselements sein.

Der Partikelabscheider kann weitere Mittel aufweisen, um eine Anhaftung von Feinpartikeln bzw. Kondensatpartikeln zu vermeiden und/oder um eine (bestehende) Anhaftung wieder von einer Gehäusewandung abzulösen.

Beispielsweise kann zumindest ein Heizelement steuerbar dazu ausgebildet sein, um darüber eine Anhaftung von Feinpartikeln von zumindest einem Teilbereich einer Gehäusewandung des Partikelabscheiders abzulösen, insbesondere in einem automatisierten Prozess. Vorteilhafterweise kann durch die Erzeugung einer thermischen Spannung eine Anhaftung ohne manuelles Zutun und zu einem bestimmten Zeitpunkt abgelöst werden.

Das Heizelement könnte auch dazu ausgebildet sein, um in einem „Reinigungsmodus“ zur Abreinigung von ggf. vorhanden Anhaftungen eingesetzt zu werden. Beispielsweise könnte dem Partikelabscheider in einem Reinigungsmodus ein reines Prozessgas einer additiven Fertigungsvorrichtung mit einem möglichst hohen bzw. maximalen Volumenstrom zugeführt werden, wobei im Reinigungsmodus keine additive Fertigung in der Vorrichtung erfolgt. Es wäre auch möglich, ein reines Prozessgas in einem Bypass an der additiven Fertigungseinrichtung vorbeizuführen. In Kombination mit dem steuerbaren Heizelement und einer bestimmten Erwärmung von Teilbereichen der Gehäusewandung kann durch den Prozessgasstrom eine kontrollierte Ablösung von Anhaftungen erreicht werden.

Alternativ kann eine Reinigung des Partikelabscheiders auch (einzig) darüber erfolgen, dass der Partikelabscheider mit einem hohen Volumenstrom eines vorzugsweise reinen Prozessgases beaufschlagt wird, um darüber Anhaftungen wieder abzulösen, also ohne aktive Beheizung der Gehäusewandung. Vorzugsweise kann die Reinigung unter Verwendung des Strömungsführungselements erfolgen. Insbesondere kann der Prozessgaseinstrom in den Hauptströmungsleitkörper mittels verstellbarer Leitschaufeln bzw. eines Leitapparats so gesteuert werden, dass darüber Anhaftungen in bestimmten Bereichen der Gehäusewandung abgelöst werden können.

Alternativ oder zusätzlich kann der Partikelabscheider einen, vorzugsweise steuerbaren, Vibrator bzw. Vibrationserzeuger, z.B. einen Kugelvibrator, einen Exzenter, einen Ultraschallanreger etc., aufweisen, der vorzugsweise dazu ausgebildet ist, um den Hauptströmungsleitkörper zum Schwingen in einem bestimmten Frequenzspektrum und/oder mit einer bestimmten Amplitude anzuregen. Eine Vibration im Hauptströmungsleitkörper kann insbesondere im Betrieb des Partikelabscheiders erfolgen, wobei dadurch das Risiko von Anhaftungen weiter reduziert werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann der Partikelabscheider so ausgebildet sein, dass ein Impuls eines Gasdruckstoßes im Partikelabscheider dazu nutzbar ist, um an einer innenliegenden Gehäusewandung anhaftendes Metallkondensat zumindest teilweise abzulösen. Vorzugsweise kann ein Gasdruckstoß aus einer Filterabreinigung einer additiven Fertigungsvorrichtung so in den Partikelabscheider eingebracht werden, dass anhaftende Feinpartikel abgelöst werden.

Vorteilhafterweise können über diese Mittel, insbesondere in Kombination mit dem beschriebenen Haftreduzierungselement, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Partikelabscheiders ggf. auftretende geringfügige Anhaftungen von Feinpartikeln, z.B. nach einer großen Anzahl von Baujobs oder bei Feinpartikeln mit einer starken Anhaftungsneigung, auf einfache und zeitsparende Weise von der Gehäusewandung entfernt werden.

Der Partikelabscheider kann, wie schon erwähnt, ein Austrittselement für die abgeschiedene Grobpartikelfraktion haben, um die Grobpartikelfraktion, vorzugsweise kontinuierlich im Betrieb, aus dem Hauptströmungsleitkörper abzuführen. Das Austrittselement kann sich an den Hauptströmungsleitkörper anschließen bzw. damit verbunden sein. Bei einem Gegenstromzyklon kann das Austrittselement z.B. mit einem Abscheidekonus als Teil des Hauptströmungsleitkörpers verbunden sein.

Das Austrittselement kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, um die abgetrennte Grobpartikelfraktion in einen Auffangbehälter einzubringen. Vorzugsweise kann das Austrittselement dazu eine Koppelstelle zur reversiblen Kopplung an den Sammelbehälter haben. Die beiden Komponenten können auch dauerhaft verbunden sein, z.B. lösbar miteinander verschraubt sein. Das Austrittselement kann weiterhin einen steuerbaren Verschlussmechanismus haben, um eine Verbindung zwischen dem Partikelabscheider und dem Sammelbehälter zumindest zeitweise zu unterbrechen.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht eines additiven Fertigungssystems gemäß der Erfindung sowie der Gasströme in dem additiven Fertigungssystem,

Figur 2 eine Ansicht eines Partikelabscheiders gemäß der Erfindung,

Figur 3A eine Schnittansicht des Partikelabscheiders aus Figur 2,

Figur 3B eine Ansicht eines Partikelabscheiders gemäß der Erfindung,

Figuren 4 bis 6 Schnittansichten von unterschiedlichen Ausführungsformen eines Partikelabscheiders gemäß der Erfindung,

Figur 7 eine schematische Ansicht einer additiven Fertigungsvorrichtung,

Figur 8A eine schematische Ansicht eines Partikelabscheidesystems gemäß der Erfindung,

Figur 8B eine schematische Ansicht eines Teils eines Partikelabscheidesystems gemäß der Erfindung,

Figur 9 eine Visualisierung einer simulierten Prozessgasströmung mittels Pseudo- Stromlinien in einem Partikelabscheider gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist eine rein schematische Ansicht eines additiven Fertigungssystems 9 gemäß der Erfindung gezeigt. Das additive Fertigungssystem 9 umfasst als wesentliche Komponenten eine additive Fertigungsvorrichtung 5, auch bezeichnet als additive Fertigungsmaschine 5 oder kurz AM-Maschine 5, eine Prozessgasabführeinrichtung 90 mit einer Filtereinrichtung 91 , ein Partikelabscheidesystem 8 und hier eine Weiterverarbeitungseinrichtung 92 für hergestellte Fertigungsprodukte.

Die additive Fertigungsvorrichtung 5 ist beispielhaft und ebenfalls schematisch in Figur 7 näher gezeigt. Die additive Fertigungsvorrichtung 5 umfasst einen Prozessraum 52 bzw. eine Prozesskammer 52 mit einer Kammerwandung 53, um innerhalb des Prozessraums 52 ein Bauteil 51 additiv aufzubauen. Im Inneren der Prozesskammer 52 ist ein entnehmbarer Behälter 54 mit einer Behälterwandung 55 angeordnet. Der Behälter 54 definiert mit seinem nach oben offenen Ende eine Arbeitsebene 56, in der ein Baufeld 57 zum Aufbau des Objekts 51 liegt. Im Inneren des Behälters 54 ist ein in vertikaler Richtung V bewegbarer Träger 58 angeordnet, auf dem hier eine Grundplatte 59 angebracht ist, die den unteren Abschluss des Behälters 54 bildet. Die Grundplatte 59 kann integral mit dem Träger 58 ausgebildet sein oder separat hergestellt und mit dem Träger 58 verbunden sein. In dem hier gezeigten Fall liegt der Grundplatte 59 noch eine Bauplattform 60 auf, auf der das Objekt 51 aufgebaut ist.

Das Bauteil 51 umfasst eine Anzahl von bereits verfestigten Bauteilschichten 5T, wobei im Umfeld des Bauteils 51 unverfestigt gebliebenes Aufbaumaterial 63 angeordnet ist.

Als weitere Komponente umfasst die AM-Maschine 5 einen Vorratsbehälter 62 für (frisches) Aufbaumaterial 61 und einen Beschichter 64 als Teil einer Zuführvorrichtung, der in horizontaler Richtung H bewegbar ist, um das Aufbaumaterial 61 im Baufeld 57 aufzubringen. Im hier gezeigten Beispiel ist innerhalb der Prozesskammer 52 eine optionale Strahlungsheizung 65 angeordnet.

Die AM-Maschine 5 weist weiterhin eine Zuführung für (reines) Prozessgas 50“ in die Prozesskammer 52 auf, wobei das Prozessgas 50“ die Prozesskammer 52 durchströmt und insbesondere in geringem Abstand über das Baufeld 57 geführt werden kann. Bei der Durchströmung der Prozesskammer 52 reichert sich das Prozessgas 50“ mit Verunreinigungen an, z.B. unverfestigtes Aufbaumaterial 63, Spratzer und Metallkondensate, wobei das mit Partikeln beladene Prozessgas 50 über eine entsprechende Abführung aus der Prozesskammer 52 austritt und zumindest teilweise einem Partikelabscheidesystem zugeführt werden kann.

Die AM-Maschine 5 umfasst eine Bestrahlungseinheit 66 mit einem Laser 67, wobei ein Laserstrahl 68 durch eine Umlenkvorrichtung 69 so umgelenkt wird, dass der Laserstrahl 68 über ein Einkoppelfenster 71 in den Prozessraum 52 der AM-Maschine 5 eintritt. Über eine Fokussiervorrichtung 70 kann der Laserstrahl 68 auf die Arbeitsebene 56 fokussiert werden.

Die AM-Maschine 5 hat eine Steuereinheit 72, über welche die jeweiligen Komponenten der AM-Maschine 5 zum Durchführen eines Bauprozesses in koordinierter Weise gesteuert werden. Die Steuereinheit 72 kann als Teil der AM-Maschine 5 ausgebildet sein oder kann, ganz oder teilweise, außerhalb der AM-Maschine 5 angebracht sein. Die Steuerein- heit 72 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Insbesondere kann die Steuereinheit 72 auch zur Steuerung der Komponenten eines Partikelabscheidesystems 8 und/oder eines additiven Fertigungssystems 9 (Figur 1) ausgebildet sein.

Da die grundsätzliche Arbeitsweise von derartigen AM-Maschinen 5 bekannt ist, insbesondere die wiederkehrende Abfolge eines schichtweisen Aufbringens von Aufbaumaterial 61 im Baufeld 57, eine selektive Bestrahlung von Teilen des Aufbaumaterials 61 mittels des Laserstrahls 68 in solchen Bereichen, die im Querschnitt des herzustellenden Objekts 51 liegen, ein anschließendes Abkühlen und Verfestigen des bestrahlten Aufbaumaterials unter Ausbildung einer Bauteilschicht 5T und ein Absenken des Trägers 58 um eine bestimmte Schichtdicke, kann auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet werden.

In Figur 1 ist gezeigt, dass das mit Partikeln 6, 7 beladene Prozessgas 50 aus der AM- Maschine 5 austritt und über entsprechende Verbindungsrohre (nicht gezeigt) zum Teil direkt in eine Filtereinrichtung 91 als Teil einer Prozessgasabführeinrichtung 90 eingeleitet wird. In der Filtereinrichtung 91 bzw. in dem Filtersystem 91 kann das Prozessgas 50 umfassend gereinigt werden, wobei z.B. sowohl eine Grobpartikelfraktion 6 als auch eine Feinpartikelfraktion 7 aus dem Prozessgas 50 herausgefiltert werden. Die Filtereinrichtung 91 ist insbesondere dazu ausgebildet, um das Prozessgas 50 für eine Wiederverwendung aufzubereiten.

Ein zweiter Teil(-strom) des partikelbeladenen Prozessgases 50 wird in einen Partikelabscheider 1 eines Partikelabscheidesystems 8 eingeleitet. Beim Durchströmen des Partikelabscheiders 1 wird die Grobpartikelfraktion 6 aus dem Prozessgas 50 abgeschieden und wird in einem Auffangbehälter 80 gesammelt. Entsprechend ist der Partikelabscheider 1, anders als die Filtereinrichtung 91 , dazu ausgebildet, um die Grobpartikelfraktion 6 aus dem Prozessgas 50 abzutrennen für eine Rückgewinnung einer nutzbaren Pulverfraktion. Das aus dem Partikelabscheider 1 austretende bzw. das daraus ausgetretene Prozessgas 50‘, das mit der Feinpartikelfraktion 7 beladen ist, wird zur Aufreinigung in das Filtersystem 91 eingeleitet. Nach Durchströmen der Filtereinrichtung 91 tritt der (wieder vereinte) Prozessgasstrom 50“ erneut in die AM-Maschine 5 ein. Anders als hier gezeigt, kann das mit Partikeln 6, 7 beladene Prozessgas 50 der AM-Maschine 5 auch vollständig in den Partikelabscheider 1 eingeleitet werden, wobei die Aufspaltung des Prozessgases 50 in zwei Teilströme bzw. der Bypass zur Umgehung des Partikelabscheiders 1 optional ist. Das Partikelabscheidesystem 8 aus Figur 1 ist in Figur 8A näher gezeigt, wobei das System 8 im Betrieb üblicherweise mit weiteren Komponenten eines additiven Fertigungssystems 9 verbunden ist, wie zuvor beschrieben wurde. Das Partikelabscheidesystem 8 umfasst einen Partikelabscheider 1, dem im Betrieb über ein Einlasselement 12 partikelbeladenes Prozessgas 50 zugeführt werden kann, wobei nach Abscheidung einer Grobpartikelfraktion das Prozessgas 50‘ aus einem Auslasselement 13 wieder aus dem Partikelabscheider 1 austritt.

Der Partikelabscheider 1 ist in Figur 8A als Gegenstromzyklon 1 ausgebildet und hat an seinem (hier unteren) Ende über ein nicht näher gezeigtes Austrittselement 41 bzw. einen Grobpartikelauslass 41 (Figur 2) eine Verbindung zu einem Auffangbehälter 80. Der Partikelabscheider 1 weist einen Verschlussmechanismus 83 auf, der dazu ausgebildet ist, um eine Verbindung zwischen dem Partikelabscheider 1 und dem Auffangbehälter 80 zeitweise zu unterbrechen. Im geöffneten Zustand des Mechanismus 83 kann im Betrieb des Partikelabscheiders 1 die abgeschiedene Grobpartikelfraktion mittels Schwerkraft in den Auffangbehälter 80 eintreten.

Der Auffangbehälter 80 hat ebenfalls einen Verschlussmechanismus 84, um den Auffangbehälter 80 gegenüber der Umgebung abzuschließen. Weiterhin hat der Auffangbehälter 80 eine optionale Koppelstelle 85, um eine lösbare Verbindung mit einem Fördermodul 81 auszubilden.

Ein beispielhaftes Fördermodul 81 ist in Figur 8B gezeigt. Das Fördermodul 81 kann im Betrieb einem Partikelabscheider zumindest vorübergehend zugeordnet sein, wobei ein Partikelabscheidesystem 8 ausgebildet wird. Das Fördermodul 81 umfasst eine zur Koppelstelle 85 des Auffangbehälters 80 komplementäre Koppelstelle (nicht gezeigt), wobei über diese Verbindung die Grobpartikelfraktion vom Auffangbehälter 80 in das Fördermodul 81 überführt werden kann, wobei der Verschlussmechanismus 84 automatisch geöffnet werden kann. Beispielsweise kann das Fördermodul 81 einen Vakuumförderer, einen Schneckenförderer oder ein anderes Fördersystem aufweisen, um die Grobpartikelfraktion zu überführen.

Der Partikelabscheider 1 und der Auffangbehälter 80 sind in Figur 8A modular aufgebaut und in einem bewegbaren Gehäuse angeordnet. Es wäre grundsätzlich auch möglich, dass ein Fördermodul dazu ausgebildet ist, um die abgereinigte Grobpartikelfraktion direkt und automatisiert aus dem Auffangbehälter 80 abzuführen, insbesondere kontinuierlich im Betrieb, wobei dann auf die Koppelstellen 85 und den Verschlussmechanismus 84 verzichtet werden könnte. Beispielsweise könnte ein solches Fördermodul im Betrieb dauerhaft mit dem Auffangbehälter 80 verbunden sein und/oder ortsfest ausgebildet sein.

Das Partikelabscheidesystem 8 hat hier ein Bedienpult 82, über das z.B. der Betrieb des Partikelabscheiders 1 gesteuert und/oder Betriebsparameter überwacht werden können. Beispielsweise könnten die Verschlussmechanismen 83, 84 oder die Koppelstelle 85 bzw. eine Interaktion mit dem Fördermodul 81 gesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Partikelabscheider 1 und/oder das Fördermodul 81 und/oder die Überführung der Grobpartikelfraktion in das Fördermodul 81 von einer übergeordneten Steuereinheit gesteuert wird. Beispielsweise könnte diese Aufgabe durch die Steuereinheit 72 einer AM- Maschine 5 übernommen werden (Figur 7).

In Figur 2 ist schematisch eine Ausführungsform eines Partikelabscheiders 1 näher gezeigt. Der Partikelabscheider 1 ist hier und in den übrigen Figuren 3 bis 6 mittels eines Gegenstromzyklons ausgebildet, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Partikelabscheider 1 umfasst ein Einlasselement 12 für Prozessgas 50, einen sich daran anschließenden Hauptströmungsleitkörper 10 mit einer Wirbelkammer 10‘ und einem sich nach (hier) unten anschließenden Abscheidekonus 11. Die Wirbelkammer 10‘, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, und der konische Bereich 11 bilden gemeinsam den Hauptströmungsleitkörper 10. Am Abscheidekonus 11 ist ein Austrittselement 41 für eine abgereinigte Grobpartikelfraktion angeordnet, wobei über das Austrittselement 41 bzw. den Grobpartikelauslass 41 der Partikelabscheider 1 mit einem Auffangbehälter 80 verbunden sein kann (Figur 8A). Weiterhin umfasst der Partikelabscheider 1 an einer vom Abscheidekonus 11 wegweisenden (hier) oberen Seite ein Auslasselement 13 für Prozessgas 50‘ aus dem Hauptströmungsleitkörper 10 bzw. aus dem Partikelabscheider 1.

Der Partikelabscheider 1 weist ein Haftreduzierungselement 2 auf, das hier zweiteilig ausgebildet ist und zwei separate Temperierelemente 20 umfasst. Ein erstes (oberes) Temperierelement 20 liegt hier auf einem nach oben weisenden, horizontalen Teilbereich einer Gehäusewandung 14 auf, wobei über diesen Teilbereich eine Abdeckung bzw. ein Deckel des Auslasselements 13 gebildet ist. Ein zweites (unteres) Temperierelement 20 liegt hier auf einem horizontalen Teilbereich der Gehäusewandung 14 auf, die den Hauptströmungsleitkörper 10 nach oben hin begrenzt, wobei über diesen Teilbereich ein Deckel des Hauptströmungsleitkörpers 10 gebildet ist. Die hier gezeigte Ausrichtung des Parti- kelabscheiders 1 in Bezug auf die Lotrichtung R könnte eine Betriebsposition des Partikelabscheiders 1 sein.

In Figur 3A ist der Partikelabscheider 1 aus Figur 2 in einem Längsschnitt gezeigt, so wie er bei bestimmungsgemäßer Verwendung im Betrieb durchströmt werden könnte. Wie hier rein schematisch gezeigt ist, strömt das Prozessgas 50 im hier linken Bereich in die Wirbelkammer 10‘ ein, wobei der Prozessgasstrom 50, zumindest unmittelbar nach dem Eintritt in die Wirbelkammer 10‘, einem hier horizontalen Teilbereich 15 der Gehäusewandung 14 anliegt, d.h. im Wesentlichen direkt an diesem entlangströmt. Der Teilbereich 15, der sich von der hier vertikalen Gehäusewandung 14 bis zu einem Verbindungsbereich mit dem Auslasselement 13 erstreckt, bildet den Deckel des Hauptströmungsleitkörpers

10. Auf Grund der Bauart der Wirbelkammer 10‘ wird das Prozessgas 50 in eine Rotationsbewegung versetzt und rotiert entsprechend einer Hauptströmungsrichtung SR von Prozessgas 50 außen, d.h. entlang der Gehäusewandung 14, um die hier schematisch gezeigte Hauptrotationsachse X. Das Prozessgas 50 bewegt sich dabei gemäß der Hauptströmungsrichtung SR auf einer helixartigen Bahn in Richtung des Abscheidekonus

11.

Die Partikel der Grobpartikelfraktion im Prozessgas 50 können insbesondere auf Grund ihrer Trägheit einer durch die Wirbelkammer 10‘ erzeugten (starken) Krümmung der Stromlinien des Prozessgases 50 nicht folgen. Sie werden im Wesentlichen durch die Zentrifugalkraft an die innenliegende Gehäusewandung 14 gedrückt. Entsprechend können die Partikel der Grobpartikelfraktion der Helixbewegung nicht unmittelbar folgen und sammeln sich an der innenliegenden Gehäusewandung 14 bzw. sinken auf Grund der Schwerkraft und infolge der abwärts gerichteten Bewegungskomponente der Helix- Strömung in Richtung des Austrittselements 41. Der Abscheidekonus 11 zwingt das Prozessgas 50 zur Hauptrotationsachse X hin, wobei eine Umkehr der Axialkomponente der Hauptströmung erfolgt und wobei sich das Prozessgas 50 wiederum helixartig unter Rotation um die Hauptrotationsachse X in Richtung des Auslasselements 13 bewegt. Es sei darauf hingewiesen, dass, anders als hier schematisch gezeigt, die Anzahl der Umdrehungen der Außenströmung des Prozessgases 50 entlang der Gehäusewandung 14 im Betrieb in etwa gleich sein kann zur Anzahl der Umdrehungen der Innenströmung des Prozessgases 50 in Richtung des Auslasselements 13.

Das Prozessgas 50 tritt in einen Auslasstopf 17 des Auslasselements 13 ein, wobei das Prozessgas 50 zunächst weiterhin um die(-selbe) Hauptrotationsachse X rotiert. Über einen in Figur 3A nicht gezeigten Austrittsbereich 18 (Figur 4) tritt das Prozessgas 50‘ aus dem Partikelabscheider 1 aus.

Das Haftreduzierungselement 2 ist in Figur 3A mehrteilig ausgebildet und umfasst ein erstes (oberes) Temperierelement 20, das einem Teilbereich 15‘ der Gehäusewandung 14 im Auslasselement 13 zugeordnet ist, welcher Teilbereich 15‘ im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse X im Partikelabscheider 1 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Teilbereich 15‘, der über das Temperierelement 20 temperiert wird, horizontal angeordnet und/oder im Wesentlichen parallel zu einer Einströmrichtung bzw. Ausströmrichtung von Prozessgas 50, 50‘. Der temperierte Teilbereich 15‘ entspricht hier einem Deckel (19) des Auslasselements 13 (Figur 4). Das Temperierelement 20 ist in Figur 3A mittels eines Isolierungselements 21 ausgebildet, wobei über das Isolierungselement 21 ein Temperaturgradient zwischen einer Temperatur Ti des zugeordneten Teilbereichs 15‘ und einer Prozessgastemperatur T2 des einströmenden Prozessgases 50 und/oder des ausströmenden Prozessgases 50‘ reduziert werden kann (gegenüber einer untemperierten Gehäusewandung 14), so dass z.B. die Temperatur Ti nur etwas geringer ist als eine Prozessgastemperatur T2. Die (hier vertikalen) Flächen der Gehäusewandung 14 des Auslasselements 13, die nicht vom temperierten Teilbereich 15‘ umfasst sind, weisen kein Temperierelement auf bzw. sind untemperiert.

Ein zweiter Teil des Haftreduzierungselements 2 ist mittels eines zweiten Temperierelements 20 realisiert, das einem Teilbereich 15 der Gehäusewandung 14 der Wirbelkammer 10‘ zugeordnet ist bzw. diesen temperiert, wobei dieser Teilbereich 15 im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse X im Partikelabscheider 1 ist. Das Temperierelement 20 umfasst ein Isolierungselement 21 und beispielhaft gezeigt zwei darin eingelagerte Heizelemente 22. Über das Temperierelement 20, insbesondere über die Heizelemente 22, kann der zugeordnete Teilbereich 15 der Gehäusewandung 14 auf eine bestimmte Temperatur T3, insbesondere eine Solltemperatur T3, aktiv erwärmt werden. Die Temperatur T3, d.h. die Oberflächentemperatur T3 der innenliegenden Gehäusewandung 14 im temperierten Teilbereich 15, ist zumindest höher als die Prozessgastemperatur T2 des einströmenden Prozessgases 50.

Wie in Figur 3A erkennbar ist, kann ein temperierter Teilbereich 15, 15‘ und/oder ein zugeordnetes Temperierelement 20 so ausgebildet sein, dass überwiegend alle strömungsführenden Flächen der Gehäusewandung 14, die im Betrieb im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse X sind, temperiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Prozessgastemperatur T2 beim Durchströmen des Partikelabscheiders 1 nicht konstant sein muss, wobei eine Abkühlung des Prozessgases 50 erfolgen kann, insbesondere sofern keine aktive Beheizung von Teilbereichen des Partikelabscheiders 1 erfolgt. Weiterhin müssen auch die Temperaturen Ti, T3 nicht über die gesamte temperierte Fläche 15‘, 15 konstant sein, d.h. es kann in einem jeweiligen Teilbereich 15, 15‘ auch geringfügige lokale Temperaturunterschiede geben. Beispielsweise könnte das Temperierelement 20 des Hauptströmungsleitkörpers 10 auch mehrere oder nur ein einzelnes Heizelement 22 haben, wobei andere Abschnitte desselben Teilbereichs 15 dann nicht aktiv erwärmt werden. Entsprechend handelt es sich bei den jeweiligen Temperaturen bzw. Temperaturgradienten nur um beispielhafte Angaben.

In Figur 3B ist ein Partikelabscheider 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, der sich von dem Partikelabscheider 1 aus Figur 2 durch die Ausgestaltung des Haftreduzierungselements 2 unterscheidet. In Figur 3B umfasst das Haftreduzierungselement 2 vier Temperierelemente 20, wobei jeweils ein Temperierelement 20 auf einem (hier) horizontalen Teilbereich der Gehäusewandung 14 bzw. einem Deckel des Auslasselements 13 und des Hauptströmungsleitkörpers 10 angeordnet ist. Weiterhin ist auch den (hier) vertikalen Bereichen der Gehäusewandung 14 des Auslasselements 13 und der Wirbelkammer des Hauptströmungsleitkörpers 10 jeweils ein Temperierelement 20 zugeordnet. Die jeweiligen Temperierelemente 20 können z.B. mittels Isolierungselementen aus EPDM-Schaumstoff realisiert sein.

In Figur 4 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Partikelabscheiders 1 gezeigt, wobei der Partikelabscheider 1 ein Haftreduzierungselement 2 mit einem mehrteiligen Element 30 zur Strömungsführung aufweist. Da der grundlegende Aufbau des Partikelabscheiders 1 dem aus den Figuren 2, 3A und 3B entspricht, werden nachfolgend nur die Unterschiede näher beschrieben.

Das Strömungsführungselement 30 bzw. ein erster Teil davon bildet einen Strömungskanal für Prozessgas 50 aus und läuft außerhalb der Wirbelkammer 10‘ zumindest teilweise um diese herum. Zur Zuführung von Prozessgas 50 ist das Strömungsführungselement 30 mit dem Einlasselement 12 verbunden. Das Strömungsführungselement 30 ist so ausgebildet, dass ein erster Teilstrom 31 von Prozessgas 50 an einem ersten Eintrittsort 32 in die Wirbelkammer 10‘ eintritt und zwar im Wesentlichen tangential. Die Wirbelkammer 10‘ ist insbesondere im Bereich des Eintrittsorts 32 annähernd zylinderartig ausgebildet. Ein zweiter Teilstrom 33 des Prozessgases 50 wird durch das Strömungsführungselement 30 zunächst außerhalb der Gehäusewandung 14 um die Wirbelkammer 10‘ teilweise herumgeleitet, wobei der zweite Teilstrom 33 dann über einen zweiten Eintrittsort 34 in die Wirbelkammer 10‘ eintritt (Figur 5).

In Figur 4 ist sichtbar, dass der Hauptströmungsleitkörper 10 tauchrohrfrei ausgebildet ist, wobei im Inneren des Hauptströmungsleitkörpers 10, insbesondere in der Wirbel kam mer 10‘, ein vollständig freier Hohlraum 16 ausgebildet ist, d.h. ein Hohlraum 16 ohne Einbauten.

Im Betrieb des Partikelabscheiders 1 kann das Prozessgas 50 nach Durchströmen der Wirbelkammer 10‘ über einen Eintrittsort 19‘ in das Auslasselement 13 eintreten. Das Auslasselement 13 umfasst als Grundkörper einen überwiegend zylindrischen Auslasstopf 17 und einen dem Eintrittsort 19‘ gegenüberliegenden Deckel 19.

Der Deckel 19 weist hier als Teil des Strömungsführungselements 30 ein strömungslenkendes Element 39 auf, wodurch ein Strömungsbereich bzw. ein Strömungsquerschnitt für Prozessgas im Auslasselement 13 zum Austrittsbereich 18 hin verengt wird. Das strömungslenkende Element 39 ist hier so ausgebildet, dass der Strömungsbereich zumindest teilweise die Form eines Kegelstumpfs hat, der sich zum Deckel 19 hin verjüngt.

In Figur 4 ist weiter gezeigt, dass ein innerer Durchmesser Di des Grundkörpers 17 bzw. des im Wesentlichen zylinderartigen Auslasstopfs 17 des Auslasselements 13 kleiner ist als ein innerer Durchmesser D2 der Wirbel kam mer 10‘ des Hauptströmungsleitkörpers 10, wobei das Verhältnis von Di zu D2 hier etwa 0,5 ist.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Partikelabscheiders 1 im Schnitt gezeigt, die sich besonders durch das Element 30 zur Strömungsführung im Bereich der Wirbelkammer 10‘ vom Partikelabscheider 1 aus Figur 4 unterscheidet, wobei die Partikelabscheider 1 im Übrigen gleich ausgebildet sein können.

Das Prozessgas 50 einer AM-Maschine tritt über das Einlasselement 12 in das Strömungsführungselement 30 ein und wird darüber zunächst in zwei Teilströme 31 , 33 aufgeteilt, die vorübergehend räumlich getrennt voneinander verlaufen. Während ein erster Teilstrom 31 über einen ersten Eintrittsort 32 im Wesentlichen tangential in die Wirbel- kammer 10‘ eingeleitet wird, wird der zweite Teilstrom 33 zunächst durch das Strömungsführungselement 30 außen teilweise um die Wirbelkammer 10‘ herumgeführt und erst dann im Wesentlichen tangential eingeleitet.

Der zweite Prozessgasstrom 33 wird durch das Strömungsführungselement 30 nochmals in mehrere Teilströme 33, 33‘ aufgeteilt, wobei das Prozessgas 50 in Form von drei Teilströmen 31 , 33, 33‘ in die Wirbelkammer 10‘ eintritt. Jedem der drei T eilströme 31 , 33, 33‘ ist ein separater Eintrittsort 32, 34, 34‘ zugeordnet, um den Teilstrom 31, 33, 33‘ im Wesentlichen tangential in die Wirbelkammer 10‘ einzubringen. In dem hier gezeigten Beispiel liegen sich der Eintrittsort 32 des ersten Teilstroms 31 und der Eintrittsort 34 des dritten Teilstroms 33 annähernd diametral gegenüber. Anders als hier beispielhaft gezeigt, könnte das Strömungsführungselement 30 auch so ausgebildet sein, dass die Teilströme 31 , 33, 33‘ im Wesentlichen gleichmäßig über einen inneren Umfang U des zylindrischen Hauptströmungsleitkörpers 10, insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig über einen inneren Umfang U der zylindrischen Wirbelkammer 10‘, verteilt in den Hauptströmungsleitkörper 10 eintreten. Es wäre auch möglich, dass das Prozessgas 50 in Form von vier oder mehr Teilströmen in die Wirbelkammer 10‘ eintritt. Anders als hier rein schematisch gezeigt ist, könnte im Bereich des (zweiten) mittigen Eintrittsorts 34‘ die rechte Begrenzung des Eintrittsorts 34‘, also die Luvseite des stromabwärts liegenden Trennblechs zur Ausbildung des Strömungsführungselements 30, zumindest geringfügig von der Wirbelkammer 10‘ weg in den Kanal des Strömungsführungselements 30 zurückversetzt sein.

In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Partikelabscheiders 1 gezeigt, wobei das Strömungsführungselement 30 hier ein Prozessgasleitelement 35 aufweist bzw. ausbildet. Das Prozessgasleitelement 35 ist so ausgebildet, dass es um einen äußeren Umfang U‘ der Wirbelkammer 10‘ des Hauptströmungsleitkörpers 10 herum angeordnet ist, wobei das Prozessgasleitelement 35 hier um den Umfang U‘ vollständig umläuft.

Das Prozessgasleitelement 35 umfasst eine Mehrzahl von verstellbar gelagerten strömungslenkenden Elementen 36, die hier schematisch als Leitschaufeln 36 gezeigt sind. Entsprechend kann das Prozessgasleitelement 35 auch als Leitapparat bezeichnet werden. Jeder Leitschaufel 36 ist ein Eintrittsort 37, 37‘ für Prozessgas 50 in den Hauptströmungsleitkörper 10, insbesondere in die Wirbelkammer 10‘, zugeordnet. In dem hier gezeigten Fall bilden die jeweiligen Leitschaufeln 36 selbst die Eintrittsorte 37, 37‘ aus, wobei ein Eintrittsort 37, 37‘ einem jeweiligen Bereich zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln 36 entspricht. Die Leitschaufeln 36 sind verstellbar gelagert, wobei die Leit- schaufeln 36, auch separat, in bestimmter Weise in Bezug auf die Strömungsrichtung SR‘ positioniert werden können. Beispielsweise könnten die in Strömungsrichtung SR‘ stromabwärts liegenden Leitschaufeln 36 mit einem besonders steilen Winkel bezüglich der Strömungsrichtung SR‘ angeordnet sein (nicht gezeigt).

In Figur 6 haben die Leitschaufeln 36 im Wesentlichen jeweils denselben Winkel bezüglich einer gedachten Geraden zwischen einem jeweiligen Mittelpunkt der jeweiligen Leitschaufel 36 und einem Mittelpunkt des Hauptströmungsleitkörpers 10. Die Leitschaufeln 36 sind hier unterschiedlich lang ausgebildet, wobei eine Länge der Leitschaufeln 36 in Strömungsrichtung SR‘ kontinuierlich zunimmt. Darüber lässt sich ein Strömungsquerschnitt 38 durch das Prozessgasleitelement 35 in Strömungsrichtung SR‘ z.B. sukzessive verkleinern.

Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei Figur 6 um eine Prinzipskizze handelt. Entsprechend kann das Prozessgasleitelement 35 auch anders realisiert sein, um eine Innenquerschnittsfläche A des Prozessgasleitelements 35, die im Wesentlichen orthogonal zu einer (mittleren) Strömungsrichtung SR‘ von Prozessgas 50 im Prozessgasleitelement 35 steht, entlang der Strömungsrichtung SR‘ zu verkleinern. Die Innenquerschnittsfläche A ist beispielhaft anhand einer anderen Ausführungsform eines Strömungsführungselements in Figur 4 gezeigt. Vorzugsweise kann sich die Innenquerschnittsfläche A bzw. ein Strömungsquerschnitt 38 durch das Prozessgasleitelement 35 über den Umfang U‘ bzw. entlang der Strömungsrichtung SR‘ verkleinern, insbesondere im Wesentlichen kontinuierlich.

Anders als in der Prinzipskizze in Figur 6 gezeigt, könnten die Leitschaufeln 36 auch gleichartig ausgebildet und mit demselben Winkel angeordnet sein, wobei eine Verkleinerung der Innenquerschnittsfläche des Prozessgasleitelements 35 über eine (von der Wirbelkammer 10‘ wegweisende) Außenwand des Prozessgasleitelements 35 erreicht wird. Beispielsweise könnte die Außenwand so ausgebildet sein, dass ein Abstand zwischen der Außenwand und dem äußeren Umfang U‘ der Wirbelkammer 10‘ bzw. den jeweiligen Leitschaufeln 36 in Strömungsrichtung SR‘ kontinuierlich abnimmt, um den Strömungsquerschnitt 38 zu verkleinern. Vorteilhafterweise können darüber gleiche bzw. rotationssymmetrische Strömungszustände entlang des Umfangs U der Wirbelkammer 10‘ erreicht werden, wobei das Prozessgas 50 an einem jeweiligen Eintrittsort 37, 37‘ im Wesentlichen mit dem gleichen Winkel und der gleichen Geschwindigkeit in den Hauptströmungsleitkörper 10 eintreten kann. Das Strömungsführungselement 30 aus Figur 6 bildet eine Kombination aus einem im Wesentlichen tangentialen Einlass für Prozessgas 50 in die Wirbelkammer 10‘, einem Leitapparat für Prozessgas 50 und einem sich in Strömungsrichtung SR‘ verjüngenden Strömungsquerschnitt 38. Grundsätzlich kann bei einem Strömungsführungselement 30 mit einem solchen Leitapparat z.B. auch auf einen tangentialen Einlass verzichtet werden, wobei der nötige Drall im Betrieb dann einzig über den Leitapparat erzeugt wird.

In Figur 9 sind beispielhaft Pseudo-Stromlinien aus einer Simulation einer bestimmungsgemäßen Durchströmung eines Partikelabscheiders 1 mit Prozessgas 50 gezeigt, so wie es z.B. im Betrieb des Partikelabscheiders 1 der Fall sein könnte. Der Partikelabscheider 1 hat hier ein Haftreduzierungselement 2 mit einem Element 30 zur Strömungsführung, das dazu ausgebildet ist, um das Prozessgas 50 in zwei Teilströmen 31, 33 an zwei diskreten Eintrittsorten 32, 34 in die Wirbelkammer 10‘ des Hauptströmungsleitkörpers 10 einzubringen. Die Eintrittsorte 32, 34 der Teilströme 31, 33 liegen einander im Wesentlichen diametral gegenüber bezogen auf den annähernd zylindrischen Bereich des Hauptströmungsleitkörpers 10, insbesondere bezüglich der Wirbelkammer 10‘. Es ist erkennbar, dass sich die beiden Teilströme 31, 33 beim Durchströmen der Wirbelkammer 10‘ unter Rotation um die schematisch gezeigte Hauptrotationsachse X jeweils auf einer im Wesentlichen helixartigen Bahn zunächst nach (hier) unten bewegen, wobei die Prozessgasströme 31, 33 durch den Abscheidekonus 11 nach innen zur Hauptrotationsachse X geleitet werden und sich dann jeweils auf einer helixartigen Bahn nach (hier) oben in Richtung des Auslasselements 13 bewegen, um darüber aus dem Partikelabscheider 1 auszutreten. Vorteilhafterweise kann das Prozessgas 50 speziell über das Element 30 zur Strömungsführung so in die Wirbelkammer 10‘ eingebracht werden, dass die innenliegende Gehäusewandung der Wirbelkammer 10‘ in solchen (kritischen) Bereichen, die im Wesentlichen normal zur Hauptrotationsachse X liegen, im Betrieb so mit Prozessgas 50 beaufschlagt wird, dass ein Anhaften von Feinpartikeln zumindest reduziert oder vermieden wird.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Partikelabscheidern lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So sind beispielsweise die in den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten Haftreduzierungselemente, insbesondere deren jeweilige Komponenten, untereinander austauschbar und/oder kombinierbar. Auch wenn die Erfindung überwiegend anhand eines Gegenstromzyklons beschrieben wurde, kann der Partikelabscheider alternativ auch ein Gleichstromzyklon, ein Schwerkraftabscheider oder ein Trägheitsabscheider sein, z.B. ein Prallabscheider. Auch eine Kombination von mehreren, auch unterschiedlichen, Partikelabscheidern zur Ausbildung einer Reihen- bzw. Parallelschaltung ist möglich. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Bezugszeichenliste

1 Partikelabscheider

2 Haftreduzierungselement

5 Additive Fertigungsvorrichtung

6 Grobpartikelfraktion

7 Feinpartikelfraktion / Metallkondensat

8 Partikelabscheidesystem

9 Additives Fertigungssystem

10 Hauptströmungsleitkörper

10‘ Wirbelkammer

11 Abscheidekonus

12 Einlasselement

13 Auslasselement

14 Gehäusewandung

15, 15‘ Temperierter Teilbereich

16 Hohlraum

17 Grundkörper / Auslasstopf

18 Austrittsbereich

19 Deckel

19‘ Eintrittsort

20 Temperierelement

21 Isolierungselement

22 Heizelement

30 Element zur Strömungsführung

31 Teilstrom

32 Eintrittsort

33, 33‘ Teilstrom

34, 34‘ Eintrittsort

35 Prozessgasleitelement

36 Strömungslenkendes Element / Leitschaufel

37, 37‘ Eintrittsort

38 Strömungsquerschnitt

39 Strömungslenkendes Element

41 Austrittselement / Grobpartikelauslass

50, 50‘, 50“ Prozessgas 51 Objekt / Bauteil

5T Bauteilschicht

52 Prozessraum

53 Kammerwandung

54 Behälter

55 Behälterwandung

56 Arbeitsebene

57 Baufeld

58 Träger

59 Grundplatte

60 Bauplattform

61 Aufbaumaterial

62 Vorratsbehälter

63 Unverfestigtes Aufbaumaterial

64 Beschichter

65 Strahlungsheizung

66 Bestrahlungseinheit

67 Laser

68 Laserstrahl

69 Umlenkvorrichtung

70 Fokussiervorrichtung

71 Einkoppelfenster

72 Steuereinheit

80 Sammelbehälter / Auffangbehälter

81 Fördermodul

82 Bedienpult

83 Verschlussmechanismus

84 Verschlussmechanismus

85 Koppelstelle

90 Prozessgasabführeinrichtung

91 Filtereinrichtung / Prozessgasaufbereitung

92 Weiterverarbeitungseinrichtung

A Innenquerschnittsfläche

Di , D2 Durchmesser

H Horizontale Richtung

R Lotrichtung SR Hauptströmungsrichtung

SR‘ Strömungsrichtung

Ti Oberflächentemperatur

T2 Prozessgastemperatur T3 Solltemperatur

U, LT Umfang

V vertikale Richtung

X Hauptrotationsachse