TY - JOUR A1 - Oster, Simon A1 - Fritsch, Tobias A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Bruno, Giovanni A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Altenburg, Simon T1 - On the Registration of Thermographic In Situ Monitoring Data and Computed Tomography Reference Data in the Scope of Defect Prediction in Laser Powder Bed Fusion N2 - The detection of internal irregularities is crucial for quality assessment in metal-based additive manufacturing (AM) technologies such as laser powder bed fusion (L-PBF). The utilization of in-process thermography as an in situ monitoring tool in combination with post-process X-ray micro computed tomography (XCT) as a reference technique has shown great potential for this aim. Due to the small irregularity dimensions, a precise registration of the datasets is necessary as a requirement for correlation. In this study, the registration of thermography and XCT reference datasets of a cylindric specimen containing keyhole pores is carried out for the development of a porosity prediction model. The considered datasets show variations in shape, data type and dimensionality, especially due to shrinkage and material elevation effects present in the manufactured part. Since the resulting deformations are challenging for registration, a novel preprocessing methodology is introduced that involves an adaptive volume adjustment algorithm which is based on the porosity distribution in the specimen. Thus, the implementation of a simple three-dimensional image-to-image registration is enabled. The results demonstrate the influence of the part deformation on the resulting porosity location and the importance of registration in terms of irregularity prediction. KW - Selective laser melting (SLM) KW - Laser powder bed fusion (L-PBF) KW - Additive manufacturing (AM) KW - Process monitoring KW - Infrared thermography KW - X-ray computed tomography (XCT) KW - Defect detection KW - Image registration PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-549412 VL - 12 IS - 6 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI AN - OPUS4-54941 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Chaudry, Mohsin A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Experimental and numerical comparison of heat accumulation during laser powder bed fusion of 316L stainless steel N2 - Heat accumulation during laser powder bed fusion (LPBF) of metallic build parts can adversely affect their microstructure and mechanical properties. To study the heat accumulation during 316L steel based parts manufactured by LPBF, a finite element method (FEM) based numerical study is carried out. For the investigation, a computationally efficient FEM based model, where the whole layer is simultaneously exposed to a heat source, is used. The simulation results are compared with experimental results to validate the numerical model. While considering different influencing factors such as volumetric energy density (VED) and inter-layer time (ILT), the FEM model is shown to successfully simulate the process of heat accumulation during LPBF based manufacturing of a cuboidal shaped geometry. It is shown that ILT and VED have a significant effect on heat accumulation. The validated numerical model provides a good basis for the optimization of processing parameters and geometries for a future investigation of a reduction of heat accumulation effects. Furthermore, it can be used to quickly provide preheating boundary conditions for detailed investigations by different model approaches at a finer scale for future studies. KW - Laser powder bed fusion KW - Finite element method KW - Heat accumulation KW - Inter-layer time PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-545115 SP - 1 EP - 13 PB - Springer AN - OPUS4-54511 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Evans, Alexander A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Kromm, Arne A1 - Pirling, T. A1 - Bruno, Giovanni A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Triaxial Residual Stress in Laser Powder Bed Fused 316L: Effects of Interlayer Time and Scanning Velocity N2 - The triaxial distribution of the residual stress in laser powder bed fused austenitic steel 316L was determined by X-ray and neutron diffraction. The residual stress analysis results were linked to the thermal history of the specimens, which were manufactured with varying inter-layer-times and scanning velocities. A clear link between the in-process temperature of the specimens and the residual stress was found, based on in-situ monitoring data. KW - Stainless Steel KW - AGIL KW - Residual Stress KW - X-ray and Neutron Diffraction KW - Additive Manufacturing PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-542620 SP - 1 EP - 13 PB - Wiley-VCH GmbH AN - OPUS4-54262 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai ED - Eiber, M. T1 - Prozessinduzierte Vorerwärmung beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen und deren Auswirkung auf die Bauteileigenschaften austenitischer Stahlbauteile N2 - Heterogene Fehlstellendichten und Mikrostrukturausbildungen sind große Herausforderungen für den Einsatz des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (L PBF) besonders für sicherheitskritische Bauteile. Unter der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von L PBF-Bauteilen hat die Zwischenlagenzeit (ILT) bisher wenig Beachtung gefunden. Sie nimmt ebenso wie die Bauteilgeometrie Einfluss auf die thermische Historie während der Fertigung. Ihr Einfluss auf die intrinsische Vorerwärmung ist in Kombination mit der Bauteilhöhe mittels thermografischer Temperaturmessung untersucht worden. Signifikante Unterschiede in der thermischen Historie konnten dabei mit variierenden Schmelzbaddimensionen, Korngrößen und Fehlstellendichten am Beispiel der austenitischen Stahllegierung AISI 316L in Zusammenhang gebracht werden. T2 - DVM 6. Tagung Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 03.11.2021 KW - Additive Fertigung KW - Laserstrahlschmelzen KW - In-situ Prozessüberwachung KW - Wärmeakkumulation KW - Zwischenlagenzeit PY - 2021 U6 - https://doi.org/10.48447/Add-2021-003 SP - 19 EP - 30 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung (DVM) CY - Berlin AN - OPUS4-54287 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Prozessinduzierte Vorerwärmung beim pulverbasierten Laserstrahlschmelzen und deren Auswirkung auf die Bauteileigenschaften austenitischer Stahlbauteile N2 - Heterogene Fehlstellendichten und Mikrostrukturausbildungen sind große Heraus-forderungen für den Einsatz des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (L PBF) besonders für sicherheitskritische Bauteile. Unter der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von L PBF-Bauteilen hat die Zwischenlagenzeit (ILT) bisher wenig Beachtung gefunden. Sie nimmt ebenso wie die Bauteilgeometrie Einfluss auf die thermische Historie während der Fertigung. Ihr Einfluss auf die intrinsische Vorerwärmung ist in Kombination mit der Bauteilhöhe mittels thermografischer Temperaturmessung untersucht worden. Signifikante Unterschiede in der thermischen Historie konnten dabei mit variierenden Schmelzbaddimensionen, Korngrößen und Fehlstellendichten am Beispiel der austenitischen Stahllegierung AISI 316L in Zusammenhang gebracht werden. T2 - DVM Tagung Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 03.11.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - In-situ process monitoring PY - 2021 AN - OPUS4-53729 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Oster, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Bruno, Giovanni ED - Czujko, T. ED - Benedetti, M. T1 - Can Potential Defects in LPBF Be Healed from the Laser Exposure of Subsequent Layers? A Quantitative Study N2 - Additive manufacturing (AM) of metals and in particular laser powder bed fusion (LPBF) enables a degree of freedom in design unparalleled by conventional subtractive methods. To ensure that the designed precision is matched by the produced LPBF parts, a full understanding of the interaction between the laser and the feedstock powder is needed. It has been shown that the laser also melts subjacent layers of material underneath. This effect plays a key role when designing small cavities or overhanging structures, because, in these cases, the material underneath is feed-stock powder. In this study, we quantify the extension of the melt pool during laser illumination of powder layers and the defect spatial distribution in a cylindrical specimen. During the LPBF process, several layers were intentionally not exposed to the laser beam at various locations, while the build process was monitored by thermography and optical tomography. The cylinder was finally scanned by X-ray computed tomography (XCT). To correlate the positions of the unmolten layers in the part, a staircase was manufactured around the cylinder for easier registration. The results show that healing among layers occurs if a scan strategy is applied, where the orientation of the hatches is changed for each subsequent layer. They also show that small pores and surface roughness of solidified material below a thick layer of unmolten material (>200 µm) serve as seeding points for larger voids. The orientation of the first two layers fully exposed after a thick layer of unmolten powder shapes the orientation of these voids, created by a lack of fusion. KW - Computed tomography KW - Laser Powder Bed Fusion KW - In situ monitoring KW - infrared Thermography KW - Optical Tomography KW - Additive manufacturing KW - AISI 316L PY - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-528778 VL - 11 IS - 7 SP - 1012 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-52877 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Effects of inter layer time and build height on resulting properties of 316L stainless steel processed by laser powder bed fusion N2 - Das pulverbettbasierte selektive Laserstrahlschmelzen (engl. laser powder bed fusion, L-PBF) ist die am weitesten verbreitete additive Fertigungstechnologie für die Herstellung metallischer Komponenten. Unter der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von L-PBF-Bauteilen hat die Zwischenlagenzeit (engl. inter layer time, ILT) bisher kaum Beachtung in der wissenschaftlichen Literatur gefunden, obwohl sie je nach Bauraumausnutzungsgrad stark variieren kann. In diesem Vortrag werden Ergebnisse einer Studie präsentiert, die den Einfluss der ILT in Kombination mit der Bauteilhöhe und unter Berücksichtigung verschiedener Volumenenergiedichten am Beispiel der austenitischen Stahllegierung AISI 316L untersucht. Die Fertigungsprozesse wurden in-situ mittels Thermographiekamera überwacht. Auf diese Weise konnten intrinsische Vorerwärmungstemperaturen während der Bauteilfertigung lagenweise extrahiert werden. Es wurden signifikante Effekte der ILT und der Bauteilhöhe auf Wärmeakkumulation, Mikrostruktur, Schmelzbadgeometrie und Härte festgestellt. Ferner konnte ein Anstieg von Defektdichten bei einem gegenseitigen Wechselspiel aus Bauteilhöhe und ILT aufgezeigt werden. Die Zwischenlagenzeit wurde somit als kritischer Faktor für die L-PBF-Fertigung von Realbauteilen identifiziert. T2 - 74th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Online meeting DA - 07.07.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - In-situ process monitoring KW - Thermography KW - Preheating temperature KW - Inter layer time PY - 2021 AN - OPUS4-52954 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Effects of inter layer time and build height on resulting properties of 316L stainless steel processed by laser powder bed fusion N2 - Das pulverbettbasierte selektive Laserstrahlschmelzen (engl. laser powder bed fusion, L-PBF) ist die am weitesten verbreitete additive Fertigungstechnologie für die Herstellung metallischer Komponenten. Unter der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von L PBF-Bauteilen hat die Zwischenlagenzeit (engl. inter layer time, ILT) bisher kaum Beachtung in der wissenschaftlichen Literatur gefunden, obwohl sie je nach Bauraumausnutzungsgrad stark variieren kann. In diesem Vortrag werden Ergebnisse einer Studie präsentiert, die den Einfluss der ILT in Kombination mit der Bauteilhöhe und unter Berücksichtigung verschiedener Volumenenergiedichten am Beispiel der austenitischen Stahllegierung AISI 316L untersucht. Die Fertigungsprozesse wurden in situ mittels Thermographiekamera überwacht, sodass Informationen über das Abkühlverhalten der Bauteile während des Prozesses gewonnen werden konnten. Es wurden signifikante Effekte der ILT und der Bauteilhöhe auf Wärmeakkumulation, Mikrostruktur, Schmelzbadgeometrie und Härte festgestellt. Ferner konnte ein Anstieg von Defektdichten bei einem gegenseitigen Wechselspiel aus Bauteilhöhe und ILT aufgezeigt werden. Die Zwischenlagenzeit wurde somit als kritischer Faktor für die L-PBF-Fertigung von Realbauteilen identifiziert. T2 - Workshop In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufactured Alloys CY - Online meeting DA - 19.04.2021 KW - Infrared thermography KW - Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Additive Manufacturing (AM) KW - Process monitoring PY - 2021 AN - OPUS4-52699 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Altenburg, Simon T1 - Investigation of the thermal history of L-PBF metal parts by feature extraction from in-situ SWIR thermography N2 - Laser powder bed fusion is used to create near net shape metal parts with a high degree of freedom in geometry design. When it comes to the production of safety critical components, a strict quality assurance is mandatory. An alternative to cost-intensive non-destructive testing of the produced parts is the utilization of in-situ process monitoring techniques. The formation of defects is linked to deviations of the local thermal history of the part from standard conditions. Therefore, one of the most promising monitoring techniques in additive manufacturing is thermography. In this study, features extracted from thermographic data are utilized to investigate the thermal history of cylindrical metal parts. The influence of process parameters, part geometry and scan strategy on the local heat distribution and on the resulting part porosity are presented. The suitability of the extracted features for in-situ process monitoring is discussed. T2 - Thermosense: Thermal Infrared Applications XLIII CY - Online meeting DA - 12.04.2021 KW - SWIR camera KW - Additive manufacturing (AM) KW - Selective laser melting (SLM) KW - Laser beam melting (LBM) KW - In-situ monitoring KW - Infrared thermography PY - 2021 SN - 978-1-5106-4324-6 U6 - https://doi.org/10.1117/12.2587913 VL - 11743 SP - 1 EP - 11 PB - SPIE - The international society for optics and photonics AN - OPUS4-52535 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Merz, Benjamin A1 - Knobloch, Tim A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Concepts for bridging voids in metal additive manufacturing for repair of gas turbine blades using laser powder bed fusion N2 - One of the main advantages of additive manufacturing (AM) processes such as laser powder bed fusion (PBF-LB/M) is the possibility to manufacture complex near-net-shape components. Therefore, the PBF-LB/M process is becoming increasingly important for the manufacturing and repair of gas turbine blades. Despite the great freedom in design, there are also limitations to the process. Manufacturing overhangs or bridging voids are some of the main challenges. In the conventional PBF-LB/M process, overhangs with angles up to 45° can be manufactured. However, gas turbine blades feature voids for cooling, which have to be bridged when using PBF-LB/M. In this work, different concepts for bridging voids are developed for future application in gas turbine blade repair. For this purpose, a test geometry is derived from the tip area of a gas turbine blade as a reference. By changing the initial geometry of the reference body, different designs for bridging voids are developed based on the PBF-LB/M requirements. Subsequently, these distinct designs are manufactured by PBF-LB/M. The different approaches are compared with respect to their volume increase. In addition, the specimens are visually inspected for warpage, shrinkage and imperfections by overheating. Out of the seven concepts developed, three concepts can be recommended for gas turbine blade repair based on low volume increase, distortion and shrinkage. T2 - Metal Additive Manufacturing Conference - MAMC 2022 CY - Graz, Austria DA - 26.09.2022 KW - Repair of gas turbine blades KW - Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Design for Additive Manufacturing (DfAM) KW - Bridging voids KW - Supportless PY - 2022 SP - 19 EP - 28 PB - TU Graz CY - Graz AN - OPUS4-55868 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -