用于制造消除装置的部件的方法与流程

本发明涉及一种用于制造消除装置的部件的方法。

背景技术：

用于执行消除的消除装置是已知的，并且通常用于处理来自例如半导体或平板显示器制造工业中使用的制造加工工具的排出气体流。在这种制造期间，残余全氟化合物（pfc）和其它化合物存在于从加工工具中泵送出的排出气体流中。pfc难以从排出气体中除去，并且它们到环境中的释放是不期望的，因为已知它们具有相对高的温室活性。

已知的消除装置使用热量从排出气体流中除去pfc和其它化合物。通常，排出气体流是含有pfc和其它化合物的氮气流。感应加热器、等离子体或燃烧用来产生热量以处理排出物流。例如，在燃烧装置中，燃料气体与排出气体流混合，并且该气体流混合物被输送到由多孔气体燃烧器的出口表面侧向地包围的燃烧室中。燃料气体和空气同时被供应至多孔燃烧器以影响在出口表面处的无焰燃烧，其中穿过多孔燃烧器的空气量寻求足以不仅消耗供应至燃烧器的燃料气体，而且消耗注入燃烧室中的气体流混合物中的所有可燃物。

尽管消除装置有助于处理排出物流，但制造消除装置可能是有问题的。因此，期望提供一种用于制造消除装置的改进技术。

技术实现要素：

根据第一方面，提供了一种方法，包括：基于指定的部件特性，对限定消除装置的反应室的部件的3d模型表示进行网格划分，以限定所述部件的优化的有限元表示；以及制造优化的有限元表示。

第一方面认识到，用于制造消除装置的部件的现有技术的问题在于，它们是复杂的，并且消除装置的操作难以限定。因此，提供了一种方法。该方法可用于制造消除装置或其部件。该方法可包括以下步骤：对部件的三维（3d）模型表示或限定进行网格划分；该3d模型限定该消除装置的反应室。网格划分可以基于部件的指定或限定的特性，或者响应于部件的指定或限定的特性而执行。网格划分可以基于指定的部件特性来限定或产生部件的优化的有限元或单元表示。也就是说，3d模型表示的网格划分不仅可产生部件的有限元表示，而且可以基于该部件所需的特性来优化有限元表示本身。该方法可以包括由优化的有限元表示来制造部件的步骤。以此方式，可产生消除装置的部件的3d模型，可从所述3d模型对其性能进行建模。可限定部件的特定特性，其影响消除装置的操作。然后，这些特性可以用于生成部件的优化有限元表示，所述优化有限元表示通过使用网格划分而具有这些特性（将理解的是，网格划分是将几何对象表示为有限元集合的操作）。然后可以制造优化的有限元表示，从而可靠地生产具有所需特性的部件。

在一个实施例中，网格划分包括利用至少一个有限元进行网格划分。因此，3d模型表示可以利用一个或多个有限元来进行网格划分。

在一个实施例中，网格划分包括利用多个有限元进行网格划分。因此，3d模型表示可以利用多于一个的有限元来进行网格划分。

在一个实施例中，网格划分包括拟合有限元以填充3d模型表示。因此，有限元可被拟合以填充、映射到或覆盖3d模型表示。

在一个实施例中，拟合包括基于末端约束拟合有限元以填充3d模型表示。因此，有限元可以被拟合以填充、映射到或覆盖3d模型表示，经受关于有限元拟合地多好的约束。

在一个实施例中，末端约束包括防止有限元突出超过3d模型表示的表面。因此，末端约束可以防止有限元突出或延伸超过或越过3d模型表示的表面或边界。

在一个实施例中，该方法包括选择有限元的组合以防止有限元突出超过3d模型表示的表面。因此，可以选择有限元的不同组合，其防止有限元突出或延伸超过模型表示的表面或边界。

在一个实施例中，该方法包括截断有限元以防止有限元突出超过3d模型表示的表面。因此，有限元可被截断、切割或细分，以防止其突出或延伸超过3d模型表示的表面或边界。

在一个实施例中，每个有限元是规则的。

在一个实施例中，每个有限元是多面体。

在一个实施例中，每个有限元包括由边缘接合的面。

在一个实施例中，所述面是开放的和至少部分填充的中的一种。因此，所述面可以是未填充的、填充的或部分填充的。

在一个实施例中，边缘提供限定有限元的支架。因此，边缘可以提供或限定形成有限元的支架或骨架。

在一个实施例中，面和边缘中的至少一个是平面和弯曲中的一种。

在一个实施例中，3d模型表示限定部件的表面。

在一个实施例中，3d模型表示限定部件的外表面。

在一个实施例中，网格划分包括基于指定的部件特性调整有限元的填充。因此，有限元的填充量或填充程度基于或响应于指定的部件特性而被调整或选择。

在一个实施例中，网格划分包括调整有限元的填充以调整有限元之间的流体连通。因此，有限元的填充量或填充程度可以变化或选择，以控制有限元之间的流体连通的量。将理解的是，完全填充的有限元不提供流体连通，而部分填充或完全未填充的有限元允许流体连通。

在一个实施例中，调整填充包括至少部分填充有限元的面。

在一个实施例中，调整填充包括至少部分地填充由有限元限定的空隙。

在一个实施例中，调整填充包括改变有限元的边缘的厚度或纵横比。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了渗透率，并且网格划分包括调整有限元的填充以提供渗透率。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了部件的多个区域中的每一个中的渗透率，并且网格划分包括调整部件的多个区域中的每一个中的有限元的填充以提供该区域中的渗透率。因此，部件的不同区域、部分、面积或体积可以被分配不同的渗透率，并且在这些区域内有限元的填充可以在这些区域中被调整或选择，以允许或限制流体流动并提供这些渗透率。

在一个实施例中，所述渗透率包括接收渗透率。因此，渗透率可以是流入部件的速率。

在一个实施例中，渗透率包括内部渗透率。因此，渗透率可以是部件内发生流动的速率。

在一个实施例中，所述渗透率包括发射渗透率。因此，渗透率可以是流出部件的速率。

在一个实施例中，调整填充包括至少部分填充由有限元限定的空隙以提供渗透率。

在一个实施例中，调整填充包括改变有限元的边缘厚度以提供渗透率。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了孔隙率，并且网格划分包括调整有限元的填充以提供孔隙率。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了部件的多个区域中的每一个中的孔隙率，并且网格划分包括调整部件的多个区域中的每一个中的有限元的填充以提供该区域中的孔隙率。因此，部件的不同区域、部分、面积或体积可以被分配不同的孔隙率，并且在这些区域中有限元的填充可以在这些区域中被调整或选择以允许或限制流体流动并提供这些孔隙率。

在一个实施例中，调整填充包括填充有限元的面以提供孔隙率。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了通过部件的流体流，并且网格划分包括调整有限元的填充以提供流体流。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了来自部件的流体流，并且网格划分包括调整有限元的填充以提供流体流。

在一个实施例中，流体流包括层流流体流和湍流流体流中的至少一种。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了部件的多个区域中的每一个中的流体流，并且网格划分包括调整在部件的多个区域中的每一个中的有限元的填充，以提供该区域中的流体流。因此，部件的不同区域、部分、面积或体积可以被分配不同的流体流，并且在这些区域中可以调整或选择这些区域内的有限元的填充以提供这些流体流。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了结构体，并且网格划分包括调整有限元的填充以提供所述结构体。因此，有限元可被填充以便在部件内限定结构体。

在一个实施例中，结构体包括用于将部件密封在消除装置内的密封表面。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了构件，并且网格划分包括调整有限元的填充构造以提供该构件。因此，可以归档有限元，使得它们一起形成构件或元件。

在一个实施例中，所述构件包括结构构件和热构件中的至少一种。

在一个实施例中，热构件被构造成控制部件的热导率。

在一个实施例中，结构构件被构造成向部件提供机械加强。

在一个实施例中，指定的部件特性限定了部件位置处的材料，并且网格划分包括指定由该材料制成的有限元以提供优化的单元结构（cellularstructure）。

在一个实施例中，所述材料被定位以支持催化反应。

在一个实施例中，3d模型表示限定了具有柱形、钟形或套管和多面体形状中的至少一种的部件。

在一个实施例中，3d模型表示限定了具有恒定和变化厚度中的一种的壁的部件。

在一个实施例中，制造包括增材制造。

在一个实施例中，网格划分包括对部件的3d模型表示进行网格划分以限定套筒的有限元表示，并且基于指定的部件特性优化部件的单元元素表示（cellularelementrepresentation）以提供优化的单元元素表示。

根据第二方面，提供了一种限定由第一方面的方法形成的消除装置的反应室的部件。

在所附独立和从属权利要求中阐述了另外的特定和优选方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征适当地组合，并且可以与除了在权利要求中明确阐述的那些组合之外的组合进行组合。

在装置特征被描述为可操作以提供功能的情况下，将理解的是，这包括提供该功能或者适于或构造成提供该功能的装置特征。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：

图1是示出一个实施例的主要步骤的流程图；以及

图2a和图2b是示出根据实施例的部件的特征的示意图。

具体实施方式

在更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。实施例提供一种用于可靠地生产具有预定操作特性的消除装置（abatementapparatus）的部件的技术。生成部件的3d模型，并且限定该部件的特性（诸如流入、流出和/或通过部件的流体的性质、部件的结构、热、化学和/或物理需求等）。当对3d模型进行网格划分时使用这些特性，以提供部件的结合了这些特性的有限元表示。换句话说，当产生部件的有限元表示时，可以指定部件的特性，以便影响每个有限元被填充的程度以及填充的内容。例如，部件的区域的表面的孔隙率可以通过控制构成该表面的有限元的填充面的数量和/或通过改变接合这些面的顶点的边缘的厚度来控制。同样，部件的区域的渗透率可以通过改变该区域中有限元的填充程度来控制。同样，这种填充可以通过改变接合有限元顶点的边缘的厚度来实现。整个结构构件可以通过填充有限元以限定该结构构件而形成，所述结构构件诸如天花板面、肋或凸缘等。通过控制用于制造部件的材料，可以改变部件的不同区域的物理或化学性质。例如，在一些区域中可以使用高导电材料，而在其它区域中可以使用高绝缘材料。同样，机械强度高的材料可以用于一些区域，而强度较低的材料用于其它区域。然后可以制造这种有限元表示以便生产该部件。

通常使用增材制造由有限元表示来构造该部件，这是因为有限元表示提供了非常适合于这种增材制造技术的模块化构建块。

图1是示出一个实施例的主要步骤的流程图。如将显而易见的，尽管为了易于描述而将步骤示出为循序的，但取决于所使用的实现方式，可反复或并行执行许多步骤。处理步骤通常由被编程为执行这些步骤的计算机（未示出）来执行。通常通过在计算机（未示出）的控制下操作的增材制造装置（未示出）来执行制造。

3d模型创建

在步骤s1处，使用运行在计算机上的模型处理器来创建消除装置的部件的3d空间模型。将理解的是，可以使用各种不同的建模技术、表示或格式来表示3d空间中的部件。例如，可以在3d空间模型中指定限定部件形状的表面、边缘、顶点和/或点。图2a和图2b中示出了说明这种模型的示意图。在图2a中，（1）示出了无孔密封表面/边缘；（2）示出了光滑的内表面；（3）示出了具有选择性孔隙的外表面；（4）示出了成分梯度，其中催化材料埋置在结构中和选择性“结合”以最小化辐射热传递；（5）示出了实心体；（6）示出了多孔材料；和（7）指示喷嘴。图2b是钟形的，并且（8）指示分级的孔隙率。该模型可以是消除装置的一部分，诸如用于反应室的套筒。该模型也可以是较大的部分，其通常将由分离的部件形成，分离的部件诸如组合的反应室和头部组件。

网格划分

在步骤s2处，通过网格划分处理器使用一个或多个不同的有限元或单元结构来对3d空间模型进行网格划分。再次，将理解的是，可以使用各种不同的技术来执行这样的网格划分。单元结构通常由具有在其边缘处接合的多边形的多面体形成。当进行网格划分时，可以使用多于一种类型的多面体。此外，所使用的多面体的尺寸可以根据需要而变化。可以基于最适合于用于制造所述部件的增材制造技术的那些来选择单元结构。

当进行网格划分时，可以限定末端约束，其可以指定不允许单元结构延伸超过3d空间模型的表面或边界。为了实现这一点，网格划分处理器可以选择不同单元结构的组合和/或改变它们的尺寸以实现这一点。在一些情况下，网格划分处理器可以截断或细分单元结构以实现那些末端约束。

一旦网格划分处理器已经用单元结构填充了3d空间模型，则处理进行到步骤s3。

特性分配

在步骤s3处，分配所有部件的特性，或者更典型地，分配部件的一部分的特性。例如，可以限定特定区域中的孔隙率，或者可以限定跨越区域的孔隙率梯度。类似地，可以限定通过区域的渗透率或通过区域的渗透率梯度。同样，可以限定区域的机械强度或热导率。在一些情况下，可以限定特定区域的化学性质或材料。

利用这些特性，网格划分处理器确定每个单元结构所需的材料，以及该单元结构将如何被填充。例如，如果在一区域中需要低孔隙率，则该区域中的单元结构可以被填充和/或具有形成部件表面的面被填充和/或具有限定那些单元结构的边缘的较大厚度，以降低该区域中的孔隙率。相反，如果需要较高的孔隙率，则该区域中的单元结构可以是未填充的和/或具有形成部件表面的面未被填充和/或具有限定那些单元结构的边缘的减小的厚度以增加该区域中的孔隙率。类似的方法可用于部件的主体内的单元结构以调整通过该主体的区域的渗透率。同样地，可以通过选择性地填充面（或遮蔽）以调整辐射热传递来调整热性质。

这些技术可用于在部件内产生实心结构，以提供例如密封表面或边缘、加强支柱、连接凸缘、螺纹、通孔或其它机械结构，以及提供为部件提供正确的热性质或热路径的结构。

在多于一种材料可用于形成单元结构的情况下，这些材料也可以由网格划分处理器指定以实现那些特性。同样，可指定不同的材料以在部件中的不同位置处提供正确的化学性质。

在步骤s4处，限定优化的网格。优化网格中的每个单元元素被指定为被填充或未被填充，并且如果被填充，则指定填充程度。在可指定不同材料的情况下，所限定的优化中的每个单元元素由指定材料形成。

在步骤s5处，使用增材制造技术、诸如例如3d打印来制造所述部件。

实施例提供了一种打印缸体燃烧器结构，其具有受控的孔隙率和几何形状，使得出口表面是平滑的，燃烧器是坚固的、可清洁的、可清洗的并且适合于气体流动（甲烷/丙烷等）。在背侧（气体进入的地方）上，存在可以被设计/定制以给出期望的气体流动的单元结构。还可以包括内部遮蔽表面，以控制热导率和辐射热损失。另一设计附加物是具有可直接插入并密封到气室（plenum）的实心区域（通常是在顶部和底部/密封表面处的环）。通过这些设计考虑，可以改变结构的整体几何形状，从而可以具有钟形轮廓（类似于火箭燃烧器）或者正方形或梯形形状。可以添加几何特征以控制气体的流动，即，在需要时使其成为湍流或层流。燃烧器的另一特征是具有分级的成分（材料），由此出于热和化学原因（陶瓷或外部到内部的金属），这可用于控制催化性能，即，在燃烧器厚度或表面的中间的贵金属。

实施例提供了特征，即与气室（plenum）接合的多功能层，其不可能以传统方式制造，因为它们不能被铸造或由片材制成。关键的优点是可以控制结构/几何形状/成分（材料密度、晶格）和流动路径。这意味着燃烧器喷嘴可以放置在我们喜欢的位置，并且重复设计而没有必须按照惯例重新铸造/制造的成本影响/困难。在实施例中，算法用于泡沫或单元几何形状/晶格结构。可以基于需求为不同的应用（即输出体积、气体负载等）定制设计。

实施例提供了定制的整体形状/几何形状、取决于应用的定制尺寸、多层构造、晶格/泡沫结构变型、外皮孔隙率（几何形状，例如圆形、三角形、六边形网格步长栅格定位（hexmeshspacinggridpositioning））。所用的材料-金属、陶瓷、聚合物合金-都可以变化。喷嘴的构造、位置和数量可以变化。在需要的地方，可以提供用于覆盖喷嘴、引导流动和促进湍流和层流的内部特征。可以包含内部通道以提取/管理热量。可以包含加强结构/肋以在需要时提供强度。

实施例提供了一种用于3d打印消除装置的部件的技术，所述部件诸如燃烧器衬套和感应热感受器。该技术可用于生产用作多孔燃烧器或感应加热消除系统的感受器的多孔气体控制元件。

该技术包括：1）在3d计算机辅助设计（cad）环境（例如catia）中对实体形状进行建模；2）以可转移格式（例如step文件）导出该形状；3）导入到创建实体形状的网状泡沫复制品的网格划分软件中；4）以可转移格式（例如step文件）导出该泡沫形状以用于3d打印。

网格划分软件通常将接受“高级别”参数，诸如纤维厚度，孔隙率，每英寸孔数，以产生基本结构。网格方案（立方体，四面体等）是可选择的或是优选/优化的一种类型。下游末端通常将是连续的，即不具有悬空端。上游面的完全闭塞区域将通常被限定为用于装配到固定装置中的安装表面。通过闭合所选择的单元面，上游面的部分闭塞通常将用于控制燃烧器的部分的流量和因此点火速率。不同的区域可以被限定为具有不同的孔隙率。

用于打印的感兴趣的材料：fe-cr-al-y“fecralloy”、314不锈钢将是燃烧器的基本材料。更高温度的材料，诸如0cr27al7mo2或“钼铁”，用于感应加热。

在实施例中，多孔形状被加载到计算流体动力学（cfd）软件（例如starccm+）中，并且然后“对该网格进行网格划分”，以便对多孔材料的流动特性进行建模。这将特别适合于理解流动如何在选择性闭塞面的下游发展。同样地，对在燃烧器中“真实条件”下的背面温度进行建模可能是有用的。这些信息片段一起允许优化多孔层的厚度，从而最终节省材料。

实施例提供了一种燃烧器衬套，该燃烧器衬套具有以下各项中的一项或多项：平滑的下游表面；没有悬空的纤维端部；坚固的，可清洁的，可清洗的；适用于残余氧的表面点火速率范围；背面选择性地遮蔽以给出受控的流率/表面点火速率，还接合或密封表面顶部和底部（用于柱形燃烧器）；对流动通道进行改进以产生钟形嘴部；通过电导率/不透明度控制来控制背面温度；通过所述结构以规则图案选择性地遮蔽，以便实现视线光学盲区，从而使辐射热传递最小化。

虽然本文已经参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应当理解的是，本发明不限于精确的实施例，并且在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以在其中实现各种改变和修改。

附图标记

1无孔密封表面/边缘

2光滑内表面

3具有选择性孔隙率的外表面

4成分梯度，其中催化材料埋置在结构中并且选择性“结合”以使辐射热传递最小化

5实心体

6多孔材料

7喷嘴

8分级孔隙率。