TY - JOUR A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Straße, Anne A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Vergleich der Messungen der Schmelzbadtemperatur bei der Additiven Fertigung von Metallen mittels IR-Spektroskopie und Thermografie T1 - Comparison of measurements of the melt pool temperature during the additive production of metals by means of IR spectroscopy and thermography N2 - Im Rahmen des Themenfeldprojektes „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) evaluiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) gegenwärtig die Anwendbarkeit verschiedenster ZfP-Verfahren zur in-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung (AM) von Metallen in Hinblick auf die Qualitätssicherung. Einige der wichtigsten Messgrößen sind hierbei die Temperatur des Schmelzbades und die Abkühlrate, welche starken Einfluss auf das Gefüge und die Eigenspannung haben. Aufgrund der Zugänglichkeit zum Werkstück während des Bauprozesses bieten sich optische Verfahren zu Temperaturbestimmung an. Hierbei stellen jedoch u. a. die hohe Bandbreite der zu messenden Temperaturen, die Bestimmung der Emissivität und ihre Änderung bei Phasenübergängen der verwendeten Legierung große experimentelle Herausforderungen dar. Eine weitere Herausforderung stellt für die IR-Spektroskopie die Absorption durch das Schutzgas und weitere optische Elemente dar. Um diese auch in einem industriellen Umfeld kompensieren zu können, wurde eine Methode entwickelt, die das gemessene Spektrum bei der Verfestigung des Werkstoffes als Referenz nutzt. In diesem Beitrag wird die Anwendung dieser Methode für die IR-Spektrometrie als auch Thermografische Messungen beim Laser-Pulver-Auftragschweißen von 316L gezeigt, wobei beide Methoden weiterhin in Hinblick auf ihre individuellen Vor- und Nachteile miteinander verglichen werden. N2 - Within the topic area project “Process Monitoring of AM” (ProMoAM) the Federal Institute for Materials Research and Testing is currently evaluating the applicability of various NDT methods for in-situ process Monitoring in the additive manufacturing (AM) of metals with regard to quality assurance. Two of the most important variables to measure are the temperature of the molten pool and the cooling rate, which have a strong influence on the microstructure and the residual stress. Due to the accessibility of the workpiece during the construction process, optical methods for temperature determination are suitable. However, the wide range of temperatures to be measured, the determination of emissivity and its change during phase transitions of the alloy pose great experimental challenges. Another challenge for IR spectroscopy is the absorption by the inert gas and other optical elements. In order to be able to compensate for this in an industrial environment, a method was developed which uses the measured spectrum as a reference when the material is solidified. This paper shows the application of this method for IR spectrometry as well as thermographic measurements during laser powder cladding of 316L. Furthermore both methods are compared with respect to their individual Advantages and disadvantages. KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Thermografie KW - Direct Energy Deposition KW - IR-Spektroskopie KW - Additive Fertigung KW - Laser metal deposition KW - Thermography KW - IR-spectroscopy KW - Additive manufacturing PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1515/teme-2021-0056 VL - 88 IS - 10 SP - 626 EP - 632 PB - De Gruyter CY - Oldenburg AN - OPUS4-52987 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Maierhofer, Christiane T1 - In-situ thermographic monitoring of the laser metal deposition process N2 - In this paper shortwave infrared (SWIR) thermographic measurements of the manufacturing of thin single-line walls via laser metal deposition (LMD) are presented. As the thermographic camera is mounted fixed to the welding arm, an acceleration sensor was used to assist in reconstructing the spatial position from the predefined welding path. Hereby we could obtain data sets containing the size of the molten pool and the oxide covered areas as functions of the position in the workpiece. Furthermore, the influence of the acquisition wavelength onto the thermograms was investigated in a spectral range from 1250 nm to 1550 nm. All wavelengths turned out to be usable for the in-situ process monitoring of the LMD process. The longer wavelengths are shown to be beneficial for the lower temperature range, while shorter wavelengths show more details within the molten pool. T2 - Sim-AM 2019 - 2. International Conference on Simulation for Additive Manufacturing CY - Pavia, Italy DA - 11.09.2019 KW - Additive manufacturing KW - 3D printing KW - Thermography KW - Direct energy deposition KW - Laser Metal Deposition KW - 3D Druck KW - Laser Pulver Auftragsschweißen KW - Additive Fertigung KW - Thermografie PY - 2019 UR - http://congress.cimne.com/SIM-AM2019/frontal/Doc/proceedings.pdf SN - 978-84-949194-8-0 SP - 246 EP - 255 AN - OPUS4-49086 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Giuseppe, Pignatelli A1 - Anne, Strasse A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Gornushkin, Igor B. T1 - Online monitoring of 3D printing of steel via optical emission spectroscopy N2 - Additive manufacturing by laser metal deposition (LMD) requires continuous online monitoring to ensure quality of printed parts. Optical emission spectroscopy (OES) is proposed for the online detection of printing defects by monitoring minute variations in the temperature of a printed spot during laser scan. A two-lens optical system is attached to a moving laser head and focused on a molten pool created on a substrate during LMD. The light emitted by the pool is collected by an ultraviolet–visible (UV–vis) spectrometer and processed. Two metrics are used to monitor variations in the surface temperature: the spectrally integrated emission intensity and correlation coefficient. The variations in the temperature are introduced by artificial defects, shallow grooves, and holes of various widths and diameters carved on a substrate surface. The metrics show sufficient sensitivity for revealing the surface defects, except for the smallest holes with an under-millimeter diameter. Additionally, numeric simulations are carried out for the detection of emission in the UV–vis and near-infrared (NIR) spectral ranges at various surface temperatures. It is concluded that both the metrics perform better in the NIR range. In general, this work demonstrates that spectrally resolved OES suits well for monitoring surface defects during 3D metal printing. KW - Process control KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition KW - Optical emission spectroscopy KW - Optical sensor PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1515/mt-2021-2082 VL - 64 IS - 1 SP - 24 EP - 32 PB - De Gruyter AN - OPUS4-54413 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Strasse, Anne T1 - Optical detection of defects during laser metal deposition: Simulations and experiment N2 - Laser metal deposition is a rapidly evolving method for additive manufacturing that combines high performance and simplified production routine. Quality of production depends on instrumental design and operational parameters that require constant control during the process. In this work, feasibility of using optical spectroscopy as a control method is studied via modeling and experimentally. A simplified thermal model is developed based on the time-dependent diffusion-conduction heat equation and geometrical light collection into detection optics. Intense light emitted by a laser-heated spot moving across a sample surface is collected and processed to yield the temperature and other temperature-related parameters. In a presence of surface defects the temperature field is distorted in a specific manner that depends on a shape and size of the defect. Optical signals produced by such the distorted temperature fields are simulated and verified experimentally using a 3D metal printer and a sample with artificially carved defects. Three quantities are tested as possible metrics for process monitoring: temperature, integral intensity, and correlation coefficient. The shapes of the simulated signals qualitatively agree with the experimental signals; this allows a cautious inference that optical spectroscopy is capable of detecting a defect and, possibly, predicting its character, e.g. inner or protruding. KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition (LMD) KW - Thermal model KW - Optical sensor KW - Process control PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151214 SN - 0169-4332 VL - 570 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-53292 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Baensch, Franziska A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Meierhofer, Christiane A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ Prozessüberwachung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) mittels Thermographie, optischer Emissionsspektroskopie (OES) und Schallemission (AE) N2 - In diesem Vortrag wird ein Überblick über die in-situ Messverfahren gegeben, die im Rahmen des Projektes ProMoAM an der LPA- Anlage eingesetzt wurden. Im Speziellen sind das die Thermographie, die optische Emissionsspektroskopie (OES) und die Akustische Emission (AE). T2 - 41. Assistentenseminar der WGF e.V. CY - Online meeting DA - 02.09.2020 KW - Schallemission KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Thermographie KW - Optische Emissionsspektroskopie PY - 2020 AN - OPUS4-51273 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Baensch, Franziska A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ Prozessüberwachung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) mittels Thermografie, optischer Emissionsspektroskopie (OES) und Schallemissionsanalyse (SEA) N2 - Vor allem in den letzten Jahren ist das Interesse der Industrie an der additiven Fertigung deutlich gestiegen. Die Vorteile dieser Verfahren sind zahlreich und ermöglichen eine ressourcenschonende, kundenorientierte Fertigung von Bauteilen, welche zur stetigen Entwicklung neue Anwendungsbereiche und Werkstoffe führen. Aufgrund der steigenden Anwendungsfälle, nimmt auch der Wunsch nach Betriebssicherheit unabhängig von anschließenden kostenintensiven zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren zu. Zu diesem Zweck werden im Rahmen des von der BAM durchgeführten Themenfeldprojektes „Prozessmonitoring in Additive Manufacturing“ verschiedenste Verfahren auf ihre Tauglichkeit für den in-situ Einsatz bei der Prozessüberwachung in der additiven Fertigung untersucht. Hier werden drei dieser in-situ Verfahren, die Thermografie, die optische Emissionsspektroskopie und die Schallmissionsanalyse für den Einsatz beim Laser-Pulver-Auftragschweißen betrachtet. T2 - 41. Assistentenseminar der Füge- und Schweißtechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 02.09.2020 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) KW - Thermographie KW - Optische Emissionsspektroskopie (OES) KW - Schallemissionsanalyse (SEA) PY - 2021 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 SP - 132 EP - 140 PB - DVS MEdia CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53967 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -