TY - JOUR A1 - Becker, Tina A1 - Stark, T. A1 - Arduini, M. A1 - Manara, J. A1 - Altenburg, Simon T1 - Knowing the spectral directional emissivity of 316L and AlSi10Mg PBF-LB/M surfaces: Gamechanger for quantitative in situ monitoring N2 - For a deep process understanding of the laser powder bed fusion process (PBF-LB/M), recording of the occurring surface temperatures is of utmost interest and would help to pave the way for reliable process monitoring and quality assurance. A notable number of approaches for in-process monitoring of the PBF-LB/M process focus on the monitoring of thermal process signatures. However, due to the elaborate calibration effort and the lack of knowledge about the occurring spectral directional emissivity, only a few approaches attempt to measure real temperatures. In this study, to gain initial insights into occurring in the PBF-LB/M process, measurements on PBF-LB/M specimens and metal powder specimens were performed for higher temperatures up to T = 1290 °C by means of the emissivity measurement apparatus (EMMA) of the Center for Applied Energy Research (CAE, Wuerzburg, Germany). Also, measurements at ambient temperatures were performed with a suitable measurement setup. Two different materials—stainless steel 316L and aluminum AlSi10Mg—were examined. The investigated wavelength λ ranges from the visible range (λ-VIS= 0.40–0.75 µm) up to the infrared, λ = 20 µm. The influence of the following factors were investigated: azimuth angle φ, specimen temperature TS, surface texture as for PBF-LB/M surfaces with different scan angles α, and powder surfaces with different layer thicknesses t. T2 - Rapid.Tech 3D 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 14.05.2024 KW - PBF-LB/M KW - In situ monitoring KW - Emissivity KW - Additive manufacturing PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-601471 DO - https://doi.org/10.1007/s40964-024-00665-2 SN - 2363-9520 SP - 1 EP - 10 PB - Springer CY - Cham, Switzerland AN - OPUS4-60147 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - SAMMIE – PBF-LB/M Research System for the Development of in-situ Monitoring methods N2 - The additive manufacturing of metals has now reached a level of maturity that enables its use in many branches of industry or brings it within reach. The main advantages are the ability to produce complex components that cannot be produced conventionally or only at great expense, as well as in the production of highly individualized components in small quantities. However, the additive manufacturing process is highly complex and prone to errors. In order to guarantee the quality control required particularly for safety-relevant components, complex downstream nondestructive testing NDT of the individual components is currently necessary. In-situ process monitoring and testing could offer alternatives, but these have not yet reached a sufficient level of functionality. Industrial production facilities offer little or no flexibility and accessibility to enable extensive investigations in this area. For this reason, we developed a system for the powder bed fusion process of metals (PBF-LB/M) called SAMMIE. It offers a completely open system architecture with full control over the process and flexible access to the build chamber, e.g., optically both on-axis and off-axis to the production laser. In this contribution, we present the system and show first experimental results of in-situ monitoring and testing, e.g., high-resolution thermographic melt pool monitoring, multispectral optical tomography, and high-speed videos of the process. SAMMIE enables us to conduct fundamental investigations that will help to further develop in-situ process monitoring and testing, gain new insights into the process, and improve its safety and reliability. T2 - 48th MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - PBF-LB/M KW - In situ monitoring KW - Custom machine KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring PY - 2024 AN - OPUS4-61350 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - SAMMIE: Eigenbau-Anlage für Metall-AM zur Sensorentwicklung und Qualifizierung N2 - Im additiven Fertigungsprozess Laser-Pulverbettschweißen wird Metallpulver lagenweise mittels eines Lasers aufgeschmolzen, um Bauteile zu generieren. Hierbei werden die Eigenschaften der Bauteile zu einem großen Teil durch die im Verlauf des Prozesses vorliegenden Temperaturen bestimmt. Dies beinhaltet unter anderem Materialeigenschaften wie Mikrostruktur, Härte, thermische und elektrische Leitfähigkeiten sowie die Ausbildung von Defekten wie z.B. Anbindungsfehler, Keyhole-Porosität (Gaseinschlüsse) oder auch die Ausbildung von Rissen. Zur Überwachung bzw. Vorhersage dieser Eigenschaften sowie zum Abgleich von Simulationen ist eine orts- und zeitaufgelöste Messung der Temperaturverteilung im Prozess daher von herausragender Bedeutung. In der Industrie kommen optische Verfahren, die auf der Messung der thermischen Strahlung basieren, regelmäßig zum Einsatz. Allerdings dienen diese bislang nur der statistischen Auswertung und der Identifikation von Abweichungen vom Normalprozess. Der quantitativen Auswertung zur Temperaturbestimmung stehen aktuell noch eine Vielzahl von Herausforderungen entgegen. Einerseits stellt der Prozess an sich hohe Anforderungen an die Datenerfassung und -auswertung: der Emissionsgrad verändert sich dynamisch im Prozess und lokale Schmauchbildung sorgt für potenzielle Absorption oder Streuung der thermischen Strahlung oder auch des Fertigungslasers. Weiterhin stellt der hochdynamische Prozess hohe Anforderungen an Orts- und Zeitauflösung der eingesetzten Sensorik (z.B. Kameratechnik). Andererseits erschweren an üblichen kommerziell erhältlichen Fertigungsanlagen praktische Hindernisse wie eine eingeschränkte optische Zugänglichkeit und der fehlende Zugriff auf die Anlagensteuerung sowie fehlende Möglichkeiten der Synchronisation der Messtechnik mit dem Prozess eine eingehende Untersuchung dieser Effekte. Um letztere Hindernisse zu umgehen, wurde an der BAM die Forschungsanlage SAMMIE (sensor-based additive manufacturing machine) entwickelt. Einerseits bietet das System alle Möglichkeiten, die auch übliche kommerzielle Systeme bieten. Dies beinhaltet die Fertigung ganzer Bauteile (maximale Größe ca. 65mm x 45 mm x 30 mm) und den Einsatz einer Inertgasatmosphäre inkl. gefiltertem Schutzgasstrom. Andererseits bietet es aber auch einen besonders kompakten Bauraum, um die Sensorik möglichst nah an den Prozess führen zu können, sechs optische Fenster zur Prozessbeobachtung aus unterschiedlichen Winkeln und die Möglichkeit der Prozessbeobachtung koaxial zum Fertigungslaser. Des Weiteren besteht eine einfache Austauschbarkeit aller Fenster, Spiegel und Strahlteiler, um den gesamten optischen Pfad der aktuellen Messaufgabe flexibel anzupassen. Die komplette Anlagensteuerung ist eine Eigenentwicklung und bietet daher auch völlige Anpassbarkeit. Eine synchrone und frei konfigurierbare Triggerung diverser Sensoriken und synchrone Datenerfassung bieten maximale Kontrolle über die Sensorsteuerung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Fertigungsanlage SAMMIE. Wissenschaftliche Ergebnisse sowie laufende Arbeiten an der Anlage werden in weiteren Beiträgen vorgestellt. T2 - Temperatur 2024 CY - Berlin, Germany DA - 05.06.2024 KW - PBF-LB/M KW - In situ monitoring KW - Anlage KW - Additive Fertigung KW - Prozessüberwachung KW - Additive Manufacturing PY - 2024 AN - OPUS4-60234 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Breese, Philipp Peter A1 - Altenburg, Simon T1 - Absolute temperature determination in laser powder bed fusion (PBF-LB/M) via hyperspectral thermography N2 - Temperature is a key characteristic in laser powder bed fusion of metals (PBF-LB/M). As a quantitative physical property, the temperature can determine the actual process quality independently from the nominal process parameters. Thus, establishing a process evaluation on temperatures rather than the comparison of process conditions is expected to be more effective. However, quantitative in situ temperature measurements with classical thermographic methods are virtually impossible. The reason is that the required emissivity value changes drastically throughout the process. Additionally, large temperature ranges along with the highly dynamic nature of the PBF-LB/M process make temperature measurements difficult. Based on this challenge, this work presents a method for hyperspectral temperature determination. The spectral exitance (in W/m2⋅nm) was measured in situ at many adjacent wavelengths in the short-wave infrared (SWIR). This enabled a local temperature determination via Planck’s law in combination with a spectral emissivity function. The temperature field of the melt pool crossing the 1D measurement line was reconstructed from the information, gathered at nearly 20 kHz sampling rate. The reconstructed melt pool had a spatial resolution of 17 µm by 40 µm, and temperatures between 2700 and 1300 K were observable. Comparison of the 316L stainless steel solidification temperature and the observed solidification plateau in the gathered thermal data revealed a relative error of less than 6% in the absolute temperature measurement. These initial results of hyperspectral temperature determination in PBF-LB/M show the potential in the method. It allows for physically founded process evaluation, and the prospects for tuning and validation of numerical simulations are highly promising. KW - Additive Manufacturing KW - Infrared Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Quantitative Temperature Measurement KW - Emissivity PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-631977 DO - https://doi.org/10.1007/s40964-025-01148-8 SN - 2363-9512 SP - 1 EP - 10 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63197 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - SAMMIE – Forschungssystem für die additive Fertigung von Metallen (PBF-LB/M) zur Entwicklung von In-situ-Überwachungs- und -prüfmethoden N2 - Die additive Fertigung von Metallen hat inzwischen einen Reifegrad erreicht, der einen Einsatz in vielen Industriezweigen ermöglicht oder in greifbare Nähe rückt. Die Vorteile liegen vor allem in der Möglichkeit der Fertigung komplexer Bauteile, die sich konventionell nicht oder nur sehr aufwändig produzieren lassen, sowie in der Fertigung von hochindividualisierten Bauteilen in kleinen Stückzahlen. Allerdings ist der additive Fertigungsprozess hoch komplex und fehleranfällig. Um eine insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile notwendige Qualitätskontrolle zu gewährleisten, ist aktuell aufwändige nachgelagerte ZfP der einzelnen Bauteile notwendig. Alternativen könnten die In-situ-Prozessüberwachung und -prüfung bieten, die aktuell aber noch keinen ausreichenden Entwicklungsstand erreicht haben. Industrielle Fertigungsanlagen bieten keine oder nur geringe Flexibilität und Zugänglichkeit, um umfangreiche Untersuchungen auf diesem Gebiet zu ermöglichen. Daher haben wir an der BAM ein System für den Prozess des selektiven Laserschmelzens (PBF-LB/M) entwickelt, genannt SAMMIE. Es bietet eine komplett offene Systemarchitektur mit voller Kontrolle über den Prozess und flexiblem Zugang zur Baukammer, z.B. optisch sowohl direkt als auch koaxial zum Fertigungslaser. In diesem Beitrag stellen wir das System vor und zeigen erste experimentelle Ergebnisse der In-situ-Überwachung und -prüfung: Thermografische Schmelzbadüberwachung, optische Tomografie und In-situ-Laserthermografie. SAMMIE ermöglicht uns grundlegende Untersuchungen, die helfen werden, die In-situ-Prozessüberwachung und -prüfung weiterzuentwickeln, neue Erkenntnisse über die additive Fertigung zu gewinnen und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Prozesses zu verbessern. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2024 CY - Osnabrück, Germany DA - 06.05.2024 KW - PBF-LB/M KW - In situ monitoring KW - Anlage KW - Additive Fertigung KW - Prozessüberwachung KW - Additive Manufacturing PY - 2024 AN - OPUS4-60149 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pelkner, Matthias A1 - Altenburg, Simon T1 - Sicher gedruckt N2 - Sicherheitsrelevante Bauteile werden mittlerweile auch mit Hilfe der additiven Fertigung gedruckt. Allerdings ist die Qualifizierung aufgrund fehlender Überwachungssysteme weiterhin nicht vollständig und zufriedenstellend gelöst. Aus diesem Grund entwickelt die BAM Methoden und Prüfsystemen, die zur Onlineüberwachung des additiven Herstellungsprozesses eingesetzt werden. Der Artikel stellt die aktuellen Aktivitäten der BAM im Bereich der Thermografie und Wirbelstromprüfung für den PBF/LB-M-Prozess vor. KW - Prozessüberwachung KW - Wirbelstromprüfung KW - Thermografie KW - GMR/TMR KW - PBF/LB-M PY - 2024 UR - https://www.konstruktion-entwicklung.de/bessere-prozessueberwachung-fuer-sicherheitsrelevante-teile UR - https://epaper.konstruktion-entwicklung.de/html5/DsTHKgm3cs/CMx70AIEQLMwE/1 VL - 5 IS - 2 SP - 14 EP - 17 PB - Schlütersche Fachmedien GmbH CY - Hannover AN - OPUS4-61781 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Heinrich, Ph. A1 - Baum, D. A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-Situ Defect Detection in Laser Powder Bed Fusion by Using Thermography and Optical Tomography—Comparison to Computed Tomography N2 - Among additive manufacturing (AM) technologies, the laser powder bed fusion (L-PBF) is one of the most important technologies to produce metallic components. The layer-wise build-up of components and the complex process conditions increase the probability of the occurrence of defects. However, due to the iterative nature of its manufacturing process and in contrast to conventional manufacturing technologies such as casting, L-PBF offers unique opportunities for in-situ monitoring. In this study, two cameras were successfully tested simultaneously as a machine manufacturer independent process monitoring setup: a high-frequency infrared camera and a camera for long time exposure, working in the visible and infrared spectrum and equipped with a near infrared filter. An AISI 316L stainless steel specimen with integrated artificial defects has been monitored during the build. The acquired camera data was compared to data obtained by computed tomography. A promising and easy to use examination method for data analysis was developed and correlations between measured signals and defects were identified. Moreover, sources of possible data misinterpretation were specified. Lastly, attempts for automatic data analysis by data Integration are presented. KW - Laser powder bed fusion (L-PBF) KW - Selective laser melting (SLM) KW - Additive manufacturing (AM) KW - Process monitoring KW - Infrared thermography KW - Optical tomography KW - Computed tomography (CT) KW - Data fusion KW - Lack-of-fusion PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-502417 DO - https://doi.org/10.3390/met10010103 VL - 10 IS - 1 SP - 103 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz AN - OPUS4-50241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR 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 - Laser powder bed fusion (L-PBF) is the most prominent additive manufacturing (AM) technology for metal part production. Among the high number of factors influencing part quality and mechanical properties, the inter layer time (ILT) between iterative melting of volume elements in subsequent layers is almost completely unappreciated in the relevant literature on L-PBF. This study investigates the effect of ILT with respect to build height and under distinct levels of volumetric energy density (VED) using the example of 316L stainless steel. In-situ thermography is used to gather information on cooling conditions during the process, which is followed by an extensive metallographic analysis. Significant effects of ILT and build height on heat accumulation, sub-grain sizes, melt pool geometries and hardness are presented. Furthermore, the rise of defect densities can be attributed to a mutual interplay of build height and ILT. Hence, ILT has been identified as a crucial factor for L-PBF of real part components especially for those with small cross sections. KW - Laser powder bed fusion (L-PBF) KW - Laser beam melting (LBM) KW - Selective laser melting (SLM) KW - Dwell-time KW - Thermography PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-503300 DO - https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101080 SN - 2214-8604 VL - 32 SP - 101080-1 EP - 101080-13 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-50330 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Nowakowski, Susanna A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Experimental Determination of the Emissivity of Powder Layers and Bulk Material in Laser Powder Bed Fusion Using Infrared Thermography and Thermocouples N2 - Recording the temperature distribution of the layer under construction during laser powder bed fusion (L-PBF) is of utmost interest for a deep process understanding as well as for quality assurance and in situ monitoring means. While having a notable number of thermal monitoring approaches in additive manufacturing (AM), attempts at temperature calibration and emissivity determination are relatively rare. This study aims for the experimental temperature adjustment of an off-axis infrared (IR) thermography setup used for in situ thermal data acquisition in L-PBF processes. The temperature adjustment was conducted by means of the so-called contact method using thermocouples at two different surface conditions and two different materials: AISI 316L L-PBF bulk surface, AISI 316L powder surface, and IN718 powder surface. The apparent emissivity values for the particular setup were determined. For the first time, also corrected, closer to real emissivity values of the bulk or powder surface condition are published. In the temperature region from approximately 150 °C to 580 °C, the corrected emissivity was determined in a range from 0.2 to 0.25 for a 316L L-PBF bulk surface, in a range from 0.37 to 0.45 for 316L powder layer, and in a range from 0.37 to 0.4 for IN718 powder layer. KW - Emisssivity KW - Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Additive Manufacturing (AM) KW - Process monitoring KW - Infrared thermography PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-516148 DO - https://doi.org/10.3390/met10111546 VL - 10 IS - 11 SP - 1546 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz AN - OPUS4-51614 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Hilgenberg, Kai T1 - On the limitations of small cubes as test coupons for process parameter optimization in laser powder bed fusion of metals N2 - The capability to produce complexly and individually shaped metallic parts is one of the main advantages of the laser powder bed fusion (PBF LB/M) process. Development of material and machine specific process parameters is commonly based on results acquired from small cubic test coupons of about 10 mm edge length. Such cubes are usually used to conduct an optimization of process parameters to produce dense material. The parameters are then taken as the basis for the manufacturing of real part geometries. However, complex geometries go along with complex thermal histories during the manufacturing process, which can significantly differ from thermal conditions prevalent during the production of simply shaped test coupons. This may lead to unexpected and unpredicted local inhomogeneities of the microstructure and defect distribution in the final part and it is a root cause of reservations against the use of additive manufacturing for the production of safety relevant parts. In this study, the influence of changing thermal conditions on the resulting melt pool depth of 316L stainless steel specimens is demonstrated. A variation of thermo-graphically measured intrinsic preheating temperatures was triggered by an alteration of inter layer times and a variation of cross section areas of specimens for three distinct sets of process parameters. Correlations between the preheating temperature, the melt pool depth, and occurring defects were analyzed. The limited expressiveness of the results of small density cubes is revealed throughout the systematic investigation. Finally, a clear recommendation to consider thermal conditions in future process parameter optimizations is given. T2 - Icaleo 2023 CY - Chicago, IL, USA DA - 16.10.2023 KW - Additive manufacturing KW - Heat accumulation KW - Thermal history KW - In situ monitoring KW - Representative specimens KW - Thermography PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-586558 DO - https://doi.org/10.2351/7.0001080 SN - 1042-346X VL - 35 IS - 4 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58655 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Hilgenberg, Kai ED - Wei, Z. ED - Pang, J. T1 - On critical shifts of the process window due to heat accumulation in laser powder bed fusion N2 - Safety-critical applications of products manufactured by laser powder bed fusion (PBF-LB/M) are still limited to date. This is mainly due to a lack of knowledge regarding the complex relationship between process, structure, and resulting properties. The assurance of homogeneity of the microstructure and homogeneity of the occurrence and distribution of defects within complexly shaped geometries is still challenging. Unexpected and unpredicted local inhomogeneities may cause catastrophic failures. The identification of material specific and machine specific process parameter windows for production of fully dense simple laboratory specimens is state of the art. However, the incorporation of changing thermal conditions that a complexly shaped component can be faced with during the manufacturing process is often neglected at the stage of a process window determination. This study demonstrates the tremendous effect of changing part temperatures on the defect occurrence for the broadly used stainless steel alloy AISI 316L. Process intrinsic variations of the surface temperature are caused by heat accumulation which was measured by use of a temperature adjusted mid-wavelength infrared (MWIR) camera. Heat accumulation was triggered by simple yet effective temporal and geometrical restrictions of heat dissipation. This was realized by a variation of inter layer times and reduced cross section areas of the specimens. Differences in surface temperature of up to 800 K were measured. A severe development of keyhole porosity resulted from these distinct intrinsic preheating temperatures, revealing a shift of the process window towards unstable melting conditions. The presented results may serve as a warning to not solely rely on process parameter optimization without considering the actual process conditions a real component is faced with during the manufacturing process. Additionally, it motivates the development of representative test specimens. T2 - The 76th IIW Annual Assembly and International Conference On Welding And Joining (IIW 2023) CY - Singapore, Singapore DA - 16.07.2023 KW - Additive manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - Laboratory specimens KW - Process parameter optimization KW - Heat accumulation KW - Keyhole porosity KW - Infrared thermography PY - 2023 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-58024 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Scheuschner, Nils A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Thermography in laser powder bed fusion of metals: time over threshold as feasible feature in thermographic data N2 - Thermography is one on the most promising techniques for in-situ monitoring of metal additive manufacturing processes. Especially in laser powder bed fusion processes, the high process dynamics and the strong focus of the laser beam cause a very complex thermal history within the produced specimens, such as multiple heating cycles within single layer expositions. This complicates data interpretation, e.g., in terms of cooling rates. A quantity that is easily calculated is the time a specific area of the specimen is at a temperature above a chosen threshold value (TOT). Here, we discuss variations occurring in time-over-threshold-maps during manufacturing of an almost defect free cuboid specimen. T2 - 15th Quantitative InfraRed Thermography conference CY - Online meeting DA - 21.09.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring KW - Thermography KW - L-PBF KW - Time over threshold PY - 2020 DO - https://doi.org/10.21611/qirt.2020.005 SP - 1 EP - 5 PB - QIRT Council CY - Quebec, Canada AN - OPUS4-52014 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - In-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung von Metallen mittels optischer Verfahren N2 - Einer der aussichtsreichsten Ansätze, die Qualität und Sicherheit der gefertigten Teile in der metallbasierten additiven Fertigung (AM) zu erhöhen und die Notwendigkeit aufwändiger und zeitintensiver, zerstörender oder zerstörungsfreier Prüfungen (ZfP) nach der Fertigung zu verringern, liegt in dem Einsatz von in-situ Prozessüberwachungstechniken. Bereits jetzt werden erste Messsysteme zur Kontrolle der Energiequelle, des Bauraums, des Schmelzbades und der Bauteilgeometrie kommerziell angeboten. Weitere ZfP Verfahren, wie z.B. die aktive und passive Thermografie, werden in der Literatur als geeignet für die in-situ Anwendung angesehen, allerdings gibt es noch wenig konkrete praktische Umsetzungen, da die Möglichkeiten und individuellen Grenzen dieser Methoden, angewendet auf AM, noch nicht ausreichend erforscht sind. Aus diesem Grund verfolgt die BAM mit dem Projekt „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) im Themenfeld Material das Ziel, Verfahren des Prozessmonitorings zur in-situ Bewertung der Qualität additiv gefertigter Metallbauteile weiterzuentwickeln. Im Beitrag wird zunächst das Projekt vorgestellt und anschließend der Fokus auf eine Messserie gelegt, in der Probekörper aus dem austenitischen Edelstahl 316L mit lokal variierenden Prozessparametern mittels selektiven Laserschmelzen (L-PBF) aufgebaut wurden. Der Bauprozess wurde hierbei durch das maschineneigene, koaxial arbeitende Photodiodensystem (Melt-Pool-Monitoring), einer Mittelwellen-Infrarotkamera und einer optischen Tomografiekamera im sichtbaren Wellenlängenbereich (Langzeitbelichtung für die Dauer eines Lagenaufbaus mit einer CMOS-Kamera mit hoher Ortsauflösung) simultan überwacht. Als Referenz für diese Methoden wurden die Probekörper mittels Computertomografie untersucht. Für die dabei anfallenden teils großen Datenmengen wurden Algorithmen für ein effizientes Preprocessing entwickelt. Es wurden Merkmale der Messdaten in Korrelation zu Fehlern und Inhomogenitäten extrahiert, welche für die einzelnen Methoden vergleichend vorgestellt und diskutiert werden. T2 - 5. Tagung des Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Online meeting DA - 04.11.2020 KW - Additive Fertigung KW - Prozessüberwachung KW - Thermografie KW - Optische Tomografie KW - Computertomografie KW - L-PBF KW - AM KW - CT KW - In-situ PY - 2020 AN - OPUS4-51627 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - Verfahrensentwicklung für das Prozessmonitoring in der additiven Fertigung von Metallen - Thermografie N2 - Aktuell werden Prozessmonitoringsysteme in der additiven Fertigung (AM) zur Überwachung der Energiequelle, des Bauraums, des Schmelzbades und der Bauteilgeometrie zumindest im metallbasierten AM schon kommerziell angeboten. Weitere Verfahren aus den Bereichen der Optik, Spektroskopie und zerstörungsfreien Prüfung werden in der Literatur als geeignet für die in-situ Anwendung bezeichnet, es finden sich aber nur wenige Berichte über konkrete Umsetzungen in die Praxis. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat ein neues Projekt gestartet, dessen Ziel die Entwicklung von Verfahren des Prozessmonitorings zur in-situ Bewertung der Qualität additiv gefertigter Bauteile in AM-Prozessen mit Laser- bzw. Lichtbogenquellen ist. Verschiedene Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung, wie Thermografie, optische Tomografie, optische Emissionsspektroskopie, Wirbelstromprüfung und Laminografie werden in verschiedenen AM-Prozessen zum Einsatz gebracht und die Ergebnisse fusioniert. Die evaluierten Ergebnisse werden mit Referenzverfahren wie Computertomografie und Ultraschall-Tauchtechnik verglichen. Ziel ist eine deutliche Reduzierung aufwändiger und zeitintensiver, zerstörender oder zerstörungsfreier Prüfungen nach der Fertigung des Bauteiles und zugleich eine Verringerung von Ausschussproduktion. Hier wird das Projekt als Ganzes vorgestellt und der Fokus auf verschiedene Methoden der Temperaturmessung mit Hilfe der Thermografie gelegt. Anforderungen an die Messtechnik für verschiedene AM-Systeme werden diskutiert und erste experimentelle Ergebnisse werden präsentiert. T2 - 3. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 07.11.2018 KW - Additive Fertigung KW - Prozessmonitoring KW - ProMoAM KW - Thermografie PY - 2018 AN - OPUS4-46562 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Comparison of MWIR thermography and high-speed NIR thermography in a laser metal deposition (LMD) process N2 - Additive manufacturing (AM) offers a range of novel applications. However, the manufacturing process is complex and the production of defect-free parts with high reliability and durability is still a challenge. Thermography is a valuable tool for process surveillance, especially in metal AM processes. The high process temperatures allow one to use cameras usually operating in the visible spectral range. Here, we compare the results of measurements during the manufacturing process of a commercial laser metal deposition setup using a mid-wavelength-IR camera with those from a visual spectrum high-speed camera with band pass filter in the near-IR range. T2 - Conference QIRT 2018 CY - Berlin, Germany DA - 25.06.2018 KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition KW - ProMoAM KW - Thermography PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-454993 UR - http://www.qirt.org/archives/qirt2018/papers/p35.pdf DO - https://doi.org/10.21611/qirt.2018.p35 SP - 1 EP - 5 PB - QIRT Council CY - Quebec, Canada AN - OPUS4-45499 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Ziegler, Mathias A1 - Altenburg, Simon A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Scheuschner, Nils A1 - Marquardt, E A1 - Mühlberger, W. A1 - Nagel, F. A1 - Neumann, E. A1 - Rohwetter, P. A1 - Rutz, F. A1 - Schwake, C. A1 - Schramm, S. A1 - Schwaneberg, F. A1 - Taubert, R. D. T1 - Thermografie und Strahlungsthermometrie - Stand und Trends N2 - In vielen Umgebungen, besonders bei hohen Temperaturen, korrosiven Umgebungen oder auf bewegten oder schlecht zugänglichen Flächen, kann die Temperatur nicht oder nur mit nicht akzeptablem Aufwand mit Berührungsthermometern gemessen werden. Diese Umgebungsbedingungen sind unter anderem in der chemischen Industrie, der Lebensmittel-, Metall-, Glas-, Kunststoff- und Papierherstellung sowie bei der Lacktrocknung anzutreffen. In diesen Bereichen kommen Strahlungsthermometer zum Einsatz. Der VDI-Statusreport zeigt typische Anwendungsfelder von nicht radiometrisch kalibrierten Wärmebildkameras und von radiometrisch kalibrierten Thermografiekameras. Um verlässlich mit spezifizierten Messunsicherheiten berührungslos Temperaturen zu messen, müssen die Strahlungsthermometer und Thermografiekameras nicht nur kalibriert, sondern radiometrisch und strahlungsthermometrisch umfassend charakterisiert werden. Auch die optische Materialeigenschaft, der spektrale Emissionsgrad und die Gesamtstrahlungsbilanz (Strahlung des Messobjekts und der Umgebung) sind bei der industriellen Temperaturmessung von großer Bedeutung. In den letzten Jahrzehnten ist dazu ein umfassendes technisches Regelwerk entstanden, das wir Ihnen mit diesem VDI-Statusreport vorstellen. Manche in den Richtlinien beschriebenen Kennwerte mögen abstrakt wirken. In diesem Statusreport zeigen wir an konkreten Beispielen, was diese Kenngrößen für die berührungslose Temperaturmessung bedeuten. Beispiele von Anwendungen zeigen, wo temperaturmessende Thermografiekameras und ausschließlich bildgebende Wärmebildkameras in der Praxis eingesetzt werden. Mit einer Analyse, welche Themen und Anwendungen derzeit besonders intensiv diskutiert werden, versuchen wir Trends für zukünftige Entwicklungen herauszuarbeiten. KW - Thermografie KW - Temperaturmessung PY - 2021 UR - https://www.vdi.de/ueber-uns/presse/publikationen/details/thermografie-und-strahlungsthermometrie-stand-und-trends SP - 1 EP - 40 PB - VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-52904 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - Measurement of real temperatures in metal powder bed fusion: Hyperspectral thermography N2 - Detailed knowledge about the physics of the PBF-LB/M process is still lacking, and the simulation of the fast and small-scale process is challenging. Especially the experimental validation of complex simulations lacks a suitable measurement technique for temperature distributions at high speeds and spatial resolution. The complicated process physics, specifically the rapidly changing emissivity in and around the meltpool, pose a severe challenge for usual thermographic approaches. Here, we present first results of a hyperspectral measurement approach to reconstruct temperature and emissivity maps during the PBF-LB/M process in a custom manufacturing machine. The camera setup measures the thermal radiation of the process along a line at a rate of 20 kHz, spectrally resolved between 1 µm and 1.6 µm. When the meltpool travels perpendicularly across this line, a typical meltpool can be reconstructed by pointwise fitting for temperature emissivity separation, based on typical spectral emissivities from reference measurements. T2 - Lasers in Manufacturing Conference - LiM CY - Munich, Germany DA - 23.06.2025 KW - PBF-LB/M KW - In situ monitoring KW - Thermography KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring KW - Hyperspectral PY - 2025 AN - OPUS4-63564 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Ehlers, Henrik A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther T1 - Monitoring additive manufacturing processes by using NDT methods N2 - In this presentation we discuss the online monitoring of metallic AM parts produced by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process by using optical, thermographic and electromagnetic methods. In a first approach we present the detection of defects generated during the process and discuss how to improve these methods for the optimization of design and production of metallic AM parts. T2 - ABENDI - Workshop CY - Online meeting DA - 19.11.2020 KW - Additive Fertigung PY - 2020 AN - OPUS4-52042 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon T1 - Thermography in laser powder bed fusion of metals: time over threshold as feasible feature in thermographic data N2 - Thermography is one on the most promising techniques for in-situ monitoring for metal additive manufacturing processes. The high process dynamics and the strong focus of the laser beam cause a very complex thermal history within the produced specimens, such as multiple heating cycles within single layer expositions. This complicates data interpretation, e.g., in terms of cooling rates. A quantity that is easily calculated is the time a specific area of the specimen is at a temperature above a chosen threshold value (TOT). Here, we discuss variations occurring in time-over-threshold-maps during manufacturing of a defect free cuboid specimen. T2 - 15th Quantitative InfraRed Thermography conference CY - Online meeting DA - 21.09.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring KW - Thermography KW - L-PBF KW - Time over threshold PY - 2020 AN - OPUS4-51630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Altenburg, Simon A1 - Eisenkrein, Helena T1 - Photothermische Schichtdickenmessung an Betonbeschichtungen - unter Laborbedingungen und auf der Baustelle N2 - Bei der Realisierung von Oberflächen-Schutz-System (OSS) auf Betonflächen ist die tatsächlich erreichte Dicke der Beschichtung ein wesentlicher Parameter, der über die Funktionalität und Langzeitstabilität der aufgetragenen Schicht entscheidet. Die Firma IBOS und die BAM haben in den letzten Jahren gemeinsam einen funktionstüchtigen Prototyp eines Messgeräts zur zerstörungsfreien Schichtdickenmessung für Bodenbeschichtungen entwickelt. Hierin wird die Abkühlkurve eines vorher erwärmten Bereichs berührungslos mit einer IR-Kamera erfasst und mit einem Modell verglichen, was die Bestimmung der Schichtdicke ermöglicht. Im Rahmen dieses Beitrags wird die Umsetzung der Methode unter Laborbedingungen und in der Praxis auf der Baustelle erläutert und diskutiert. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Betonbeschichtung KW - Oberflächenschutzsystem KW - Schichtdickenmessung KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Photothermisch PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-449433 UR - https://www.ndt.net/?id=23060 SN - 1435-4934 VL - 23 IS - 9 SP - 1 EP - 8 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-44943 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -