TY - JOUR A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kasperovich, G. A1 - Requena, G. A1 - Haubrich, J. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Classification of defect types in SLM Ti-6Al-V4 by X-ray refraction topography N2 - Porosity in additively manufactured materials, such as laser powder bed fusion Ti-Al6-V4, can play an important role in their mechanical performance. Not only the total porosity but also the shape/morphology of the individual pores need to be considered. Therefore, it is necessary to determine the distributions of different defect types (especially fusing defects and keyhole pores) and their dependence on process parameters. We show that synchrotron X-ray refraction radiography allows analysis of large samples (up to several millimeters) without compromising the detectability of submicrometer defects. Correspondingly, a classification tool is introduced that is able to quantitatively distinguish defects such as keyhole pores and binding defects with a confidence level of 94 %, even when the shape cannot be discerned because of limited spatial resolution. KW - Additive manufacturing KW - Selective laser melting KW - X-ray refraction KW - Microscopy KW - Porosity KW - X-ray computed tomography KW - BAMline KW - Synchrotron Radiation PY - 2020 U6 - https://doi.org/10.1520/MPC20190080 SN - 2379-1365 VL - 9 IS - 1 SP - 82 EP - 93 PB - ASTM International CY - West Conshohocken, PA AN - OPUS4-50470 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kasperovich, G. A1 - Requena, G. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Unterscheidung verschiedener charakteristischer Defekte in mittels selektivem Laserschmelzen hergestelltem Ti-6Al-4V durch Röntgen-Refraktionsradiographie N2 - Das selektive Laserschmelzen (SLM) ist eine pulverbasierte, additive Fertigungsmethode, welche die Herstellung von komplex und individuell geformten Bauteilen ermöglicht. Im Laufe der vergangenen Jahre haben verschiedene Branchen, unter anderem die Luft- und Raumfahrt Industrie, begonnen diese Technologie intensiv zu erforschen. Insbesondere die Titanlegierung Ti-6Al-V4, welche aufgrund ihrer Kombination von mechanischen Eigenschaften, geringer Dichte und Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird, eignet sich für die Herstellung mittels SLM. Allerdings können durch nicht optimal gewählte Prozessparameter, welche für gewöhnlich in einer Energiedichte zusammengefasst werden, Defekte in den Bauteilen entstehen. In dieser Studie wurde untersucht, in wie weit Röntgen-Refraktionsradiographie geeignet ist diese Defekte zu detektieren und zu charakterisieren. Bei der Röntgen-Refraktionsradiographie wird die Röntgenstrahlung, nachdem sie die Probe transmittiert hat, über einen Analysatorkristall gemäß der Bragg-Bedingung in den 2D-Detektor reflektiert und dabei nach ihrer Ausbreitungsrichtung gefiltert. Dadurch wird neben der Schwächung auch die Ablenkung der Röntgenstrahlung durch Refraktion im inneren der Probe zur Bildgebung ausgenutzt. Aus den aufgenommen Refraktionsradiogrammen kann der Refraktionswert berechnet werden. Dieser ist ein Maß für die Menge an inneren Oberflächen in der Probe. Zum einen konnte gezeigt werden, dass die Röntgen-Refraktionsradiographie Defekte detektieren kann, die kleiner sind als die Ortsauflösung des verwendeten 2D-Detektors. Zum anderen können zwei verschiedene Typen von Defekten unterschieden werden. Bei dem ersten Typ handelt es sich um runde Poren mit geringer innerer Oberfläche. Diese, sogenannten „keyhole pores“ sind charakteristisch für eine zu hohe Energiedichte während des SLM Prozesses. Bei dem zweiten Typ handelt es sich um nicht komplett aufgeschmolzenes Pulver. Diese Defekte zeichnen sich durch eine hohe innere Oberfläche aus und sind charakteristisch für eine zu geringe Energiedichte. Vergleichende Messungen mit hochauflösender Synchrotron CT und optischer Mikroskopie bestätigen die charakteristischen Formen der verschiedenen Defekte. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2018 CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Röntgen-Refraktion KW - Additive Fertigung KW - Porosität PY - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-449524 SN - 978-3-940283-92-4 VL - DGZfP BB166 SP - Mo.2.A.2., 1 EP - 7 AN - OPUS4-44952 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kasperovich, G. A1 - Haubrich, J. A1 - Requena, G. A1 - Bruno, Giovanni T1 - X-ray refraction distinguishes unprocessed powder from empty pores in selective laser melting Ti-6Al-4V N2 - For the first time, X-ray refraction techniques are proven for the identification of void formation in Ti-6Al-4V parts produced by selective laser melting. The topology and volume fraction of pores are measured in samples produced with different laser energy density. Unique X-ray refraction methods identify different kinds of defects, characteristic to the regions below and above the Optimum laser energy density, namely unprocessed powder (unmolten powder particles, balling effect, and Fusion defects) from empty keyhole pores. Furthermore, it is possible to detect small inhomogeneities (voids or cracks) with sizes below the spatial resolution of optical microscopy and X-ray computed tomography. KW - Additive manufacturing KW - X-ray refraction KW - Microscopy KW - X-ray computed tomography KW - Porosity PY - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-434041 SN - 2166-3831 VL - 6 IS - 2 SP - 130 EP - 135 PB - Taylor & Francis Group CY - London, UK AN - OPUS4-43404 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Laquai, René A1 - Nellesen, J. A1 - Tillmann, W. A1 - Kasperovich, G. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Microstructure characterisation of advanced materials via 2D and 3D X-ray refraction techniques N2 - 3D imaging techniques have an enormous potential to understand the microstructure, its evolution, and its link to mechanical, thermal, and transport properties. In this conference paper we report the use of a powerful, yet not so wide-spread, set of X-ray techniques based on refraction effects. X-ray refraction allows determining internal specific surface (surface per unit volume) in a non-destructive fashion, position and orientation sensitive, and with a nanometric detectability. We demonstrate showcases of ceramics and composite materials, where microstructural parameters could be achieved in a way unrivalled even by high-resolution techniques such as electron microscopy or computed tomography. We present in situ analysis of the damage evolution in an Al/Al2O3 metal matrix composite during tensile load and the identification of void formation (different kinds of defects, particularly unsintered powder hidden in pores, and small inhomogeneity’s like cracks) in Ti64 parts produced by selective laser melting using synchrotron X-ray refraction radiography and tomography. T2 - THERMEC 2018: 10TH international conference on processing and manufacturing of advanced materials CY - Paris, France DA - 08.07.2018 KW - Additive manufacturing (AM) KW - Creep KW - Damage evolution KW - Synchrotron X-ray refraction radiography KW - Metal matrix composites PY - 2018 UR - https://www.scientific.net/MSF.941.2401 SN - 978-3-0357-1208-7 U6 - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.941.2401 SN - 1662-9752 SN - 0255-5476 VL - 941 SP - 2401 EP - 2406 PB - Trans Tech Publications CY - Switzerland AN - OPUS4-47148 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -