TY - JOUR A1 - Petrat, T. A1 - Kersting, R. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Embedding electronics into additive manufactured components using laser metal deposition and selective laser melting N2 - The paper deals with the integration of a light emitting diode (LED) into an additive manufactured metal component. Selective laser melting (SLM) and laser metal deposition (LMD) are used. The material used is the chrome-nickel steel 316L. The basic component is manufactured by means of SLM and consists of a solid body and an area with grid structure. The solid body includes a duct in the shape of a groove with a recess for the positioning of the power cable. The LED is embedded in the grid structure via an inlet from the solid body. In further processing, the groove is filled with LMD. Two strategies with different parameter combinations were investigated. It shows that a high energy input near the power cable leads to its destruction. By using multiple parameter combinations during the manufacturing process, this destruction can be prevented. There was a comparison of both strategies with regard to the necessary number of tracks and duration of welding time. KW - Additive manufacturing KW - Condition monitoring KW - Process chain KW - Laser-metal-deposition KW - Selektive-laser-melting KW - Embedded electronics PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-479469 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.071 SP - 168 EP - 171 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-47946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Graf, B. A1 - Schuch, M. A1 - Petrat, T. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Combined laser additive manufacturing with powderbed and powder nozzle for turbine parts N2 - Metal additive manufacturing is often based on laser beam processes like Laser Metal Fusion (LMF) or Laser Metal Deposition (LMD). The LMF process is in particular suitable for very complex geometries. However build rate, part volume and material flexibility are limited in LMF. In contrast, LMD achieves higher deposition rates, less restricted part sizes and the possibility to change the material composition during the build-up process. On the other hand, due to the lower spatial precision of the material deposition process, the complexity of geometries is limited. Therefore, combined manufacturing with both LMF and LMD has the potential to utilize the respective advantages of both technologies. In this paper, combined additive manufacturing with LMF and LMD is described for Ti-6Al-4V and Inconel 718. First, lattice structures with different wall thickness and void sizes are built with LMF. The influence of LMD material deposition on these LMF-structures is examined regarding metallurgical impact and distortion. Cross-sections, x-ray computer tomography and 3D-scanning results are shown. For the titanium alloy specimen, oxygen and Nitrogen content in the deposited material are analysed to evaluate the LMD shielding gas atmosphere. The results are used to develop guidelines for a LMD build-up strategy on LMF substrates. With these findings, a gas turbine burner is manufactured as reality test for the combined approach. T2 - 6th International Conference on Additive Technologies iCAT 2016 CY - Nürnberg, Germany DA - 29.11.2016 KW - Ti-6Al-4V KW - Inconel 718 KW - Combined laser manufacturing PY - 2016 SN - 978-691-285-537-6 SP - 317 EP - 323 AN - OPUS4-38702 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Entwicklung des hybriden Auftragschweißens als leistungsfähigen Bechichtungsprozess für Korrosions- und Verschleißschutzschichten N2 - Dieser Beitrag stellt Ergebnisse der Untersuchungen zum Auftragschweißen als Plasma-Laserstrahl-Hybrid-Prozess dar. Es hat sich gezeigt, dass ein Laserstrahl, der in einer gemeinsamen Prozesszone mit einem Plasma-Pulver-Auftragschweißprozess vorlaufend angeordnet ist, diesem Prozess eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung sowie eine Verbesserung der Stabilität ermöglicht. Der Hybrid-Prozess konnte mit Verschleißschutzwerkstoffen sowie dem Korrosionsschutzwerkstoff Inconel 625 bei Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min erfolgreich validiert werden. Im Hinblick auf die aktuellen Entwicklungen zu Hochgeschwindiglceits-Laserstrahlauftragschweißen kann der Plasma-Laserstrahl-Hybrid-Prozess zwischen diesen und den konventionellen Verfahren eingeordnet werden. KW - Auftragschweißen KW - Hybridschweißen KW - Laserstrahlschweißen KW - Schutzgasschweißen PY - 2020 SN - 0036-7184 VL - 72 IS - 8 SP - 474 EP - 475 AN - OPUS4-51321 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bergmann, A. A1 - Grosser, H. A1 - Graf, B. A1 - Uhlmann, E. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Stark, R. T1 - Additive Prozesskette zur Instandsetzung von Bauteilen - Aufbau, Reparatur und Modellbildung N2 - Komplexe Bauteile ohne Fügestellen sind die Spezialität additiver Verfahren. Immer deutlicher wird der Wert dieser Technologie für den Turbomaschinenbau, etwa bei der Fertigung von Turbinenschaufeln mit inneren Kühlstrukturen. Wichtig für vorbildgetreue Turbinenkomponenten: Die Technologie ermöglicht die Fertigung von Freiformen und Hinterschnitten, von außen- und innenliegenden filigranen, komplexen Strukturen als Einzelteil - und das in einem einzigen Arbeitsschritt. Des Weiteren benötigen additive Verfahren keine formgebenden Werkzeuge und weisen demnach kürzere Prozessketten im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren auf. Wirtschaftliche Vorteile kommen vor allem bei kleinen Losgrößen und Bauteilabmessungen zur Geltung. In diesem Artikel werden am Beispiel einer Turbinenschaufel Schlüsseltechnologien einer additiven Prozesskette gezeigt. Zunächst erfolgt die additive Fertigung einer Turbinenschaufel mittels Selective Laser Melting (SLM). Das Verfahren ermöglicht die Integration innenliegender Kühlkanäle. An dieser Schaufel wird anschließend mittels Laser-PulverAuftragschweißen (LPA) die Reparatur unterschiedlicher Beschädigungen demonstriert. Im nächsten Schritt der Prozesskette bietet ein optischer 3D-Scan der Schaufel die Möglichkeit zur Qualitätskontrolle und zum Vergleich der Bauteilabmessungen mit der Sollgeometrie. PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1002/latj.201390021 SN - 1613-7728 SN - 1863-9119 VL - 10 IS - 2 SP - 31 EP - 35 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-28066 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Uhlmann, E. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Graf, B. A1 - Kersting, R. A1 - Bergmann, A. T1 - Flexible manufacturing with an additive process chain design, production and surface finish N2 - The industrial demand for flexible and innovative manufacturing technologies is continuously increasing. These technologies have to be sustainable and resource-efficient, and have to allow the production of long-life capital goods. Consequently, the additive processes gain in importance as they offer an enormous potential of application, especially for the turbomachinery industry. In order to use additive manufacturing technologies in industrial applications, it is necessary to consider the complete process chain, including all necessary pre- and postprocessing. Although additive manufacturing is increasingly covered in scientific research, the linking between this technology and conventional industrial processes is rarely described. T2 - ASPE Spring topical meeting - Achieving precision tolerances in additive manufacturing CY - Raleigh, NC, USA DA - 26.04.2015 PY - 2015 SN - 978-1-887706-67-4 SP - Session I, 5 EP - 9 AN - OPUS4-34855 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marko, A. A1 - Graf, B. A1 - Gook, S. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Application of D-optimum experimental designs in consideration of restrictions for laser metal deposition N2 - The process of laser metal deposition can be applied in many ways. Mostly, it is relevant to coating, for repair welding and for additive manufacturing. To increase the effectiveness and the productiveness, a good process understanding is necessary. Statistical test planning is effectual and often used for this purpose. For financial and temporal reasons, a restriction of the test space is reasonable. In this case, it is recommended to use a D-optimal experimental design which is practically applied to extend existing test plans or if process Limits are known. This paper investigates the applicability of a D-optimum experimental design for the laser metal deposition. The results are compared to the current results of a full factorial test plan. Known restrictions are used for the limitation of the test space. Ti6Al4 is utilized as Substrate material and powder. Comparable results of the D-optimal experimental design and of the full factorial test plan can be demonstrated. However, 80 % of time can be saved by the experimental procedure. For this reason, the application of D-optimal experimental design for laser metal deposition is recommend. KW - Design of experiments KW - Repair welding KW - Additive manufacturing KW - Cladding parameter KW - Laser metal deposition KW - Laser cladding PY - 2017 SN - 2499-9733 SN - 2305-414Х VL - 3 IS - 24 SP - 46 EP - 60 AN - OPUS4-44344 LA - rus AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Petrat, T. A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Build-up Strategies for Laser Metal Deposition in Additive Manufacturing N2 - Laser Metal Deposition (LMD) as a technology for additive manufacturing allows the production of large components outside of closed working chambers. Industrial applications require a stable process as well as a constant deposition of the filler material in order to ensure uniform volume growth and reproducible mechanical properties. This paper deals with the influence of travel path strategies on temperature profile and material deposition. Meandering and spiral hatching strategies are used in the center as well as in the edge of a specimen. The temperature is measured with thermocouples attatched to the backside of the specimen. The tests are carried out on the materials S235JR and 316L. The results show a strong dependence of the maximum temperatures on the travel path strategy and the welding position on the component. T2 - Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference (DDMC) CY - Berlin, Germany DA - 14.03.2018 KW - Additive Manufacturing KW - Temperature behavior KW - Laser Metal Deposition KW - Stainless Steel KW - 316L KW - Edge effects PY - 2018 SN - 978-3-8396-1320-7 VL - 1 SP - 1 EP - 6 PB - Fraunhofer-Gesellschaft CY - München AN - OPUS4-44719 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Graf, B. A1 - Schuch, M. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Build-up strategies for additive manufacturing of three- dimensional Ti-6Al-4V-parts produced by laser metal deposition N2 - Laser metal deposition (LMD) has been applied as coating technology for many years. Today, the technologies capacity to produce 3D depositions leads to a new field of application as additive manufacturing method. In this paper, 3D laser metal deposition of titanium alloy Ti-6Al-4V is studied with special regard to the demands of additive manufacturing. Therefore, only the powder nozzle is used to create the shielding gas atmosphere, which ensures high geometric flexibility. Furthermore, specimen with high aspect ratio and hundreds of layers are manufactured, which represent typical features in additive manufacturing. T2 - ICALEO 2017 - International Congress on Applications of Laser & Electro-Optics CY - Atlanta, GA, USA DA - 22.10.2017 KW - Additive manufacturing KW - Ti-6Al-4V KW - Laser metal deposition PY - 2017 SN - 978-1-940168-1-42 SP - 1 EP - 14 AN - OPUS4-42866 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Biegler, M. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ distortions in LMD additive manufacturing walls can be measured with digital image correlation and predicted using numerical simulations N2 - Distortions in Additive Manufacturing (AM) Laser Metal Deposition (LMD) occur in the newly-built component due to rapid heating and solidification and can lead to shape deviations and cracking. This paper presents a novel approach to quantify the distortions experimentally and to use the results in numerical simulation validation. Digital Image Correlation (DIC) is applied together with optical filters to measure in-situ distortions directly on a wall geometry produced with LMD. The wall shows cyclic Expansion and shrinking with the edges bending inward and the top of the sample exhibiting a slight u-shape as residual distortions. Subsequently, a structural Finite Element Analysis (FEA) of the experiment is established, calibrated against experimental temperature profiles and used to predict the in-situ distortions of the sample. A comparison of the experimental and numerical results reveals a good agreement in length direction of the sample and quantitative deviations in height direction, which are attributed to the material model used. The suitability of the novel experimental approach for measurements on an AM sample is shown and the potential for the validated numerical model as a predictive tool to reduce trial-and-error and improve part quality is evaluated. KW - Laser metal deposition KW - DIC KW - Dimensional accuracy KW - AM KW - Welding simulation PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.12.007 SN - 2214-8604 SN - 2214-7810 VL - 20 SP - 101 EP - 110 PB - Elsevier AN - OPUS4-43776 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Petrat, T. A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Witt, G. ED - Eichmann, M. ED - Kniffka, W. T1 - Strategien zur Erreichung eines konstanten Volumenaufbaus bei der additiven Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen T1 - Strategies to achieve constant build-up with laser metal deposition N2 - Der Einsatz von Hochleistungswerkstoffen verlangt nach einer hohen Endformnähe der zu fertigenden Bauteile, um den Aufwand und somit die Kosten für Materialeinsatz und Nachbearbeitung möglichst gering zu halten. Der additive Einsatz in Form des Laser-Pulver-Auftragschweißens bietet hierfür durch den gezielten Materialauftrag ein hohes Potential. Herausforderungen bestehen in Bereichen der Vorhersagbarkeit und der Reproduzierbarkeit des Materialauftrages, sowie der Fertigungszeit. Unterschiedliche Einflüsse bei der Schichterzeugung führen dabei zu Abweichungen von der Soll-Geometrie. Die vorliegenden Untersuchungen behandeln den Einfluss von Spurgeometrie, Spurüberlappung, Verfahrweg und Aufbaureihenfolge auf die entstehende Bauteilform. Die Teilung einer Lage in Rand- und Kernbereich ermöglicht einen konturangepassten Verfahrweg und eine Erhöhung der Endformnähe innerhalb einer Ebene. Die Verwendung unterschiedlicher Spurgrößen bei der Bauteilerzeugung verdeutlicht die Möglichkeiten einer hohen Auftragsrate bei gleichzeitig hoher Formgenauigkeit. Bereits kleine Unterschiede beim Materialauftrag zwischen Kern- und Randbereichen, Start- und Endpunkten sowie in Bereichen des Richtungswechsels führen aufgrund von Fehlerfortpflanzung nachmehreren Lagen zu Abweichungen in der Aufbaurichtung. Kompensierungen mittels angepasster Baustrategien werden aufgezeigt und diskutiert. Die Nickelbasislegierung Inconel 718, die Titanlegierung Ti-6Al-4V sowie der austenitische Stahl 316L sind Bestandteil der vorliegenden Untersuchungen. Die gewonnenen Erkenntnisse verdeutlichen das Potenzial einer angepassten Aufbaustrategie zur reproduzierbaren Erzeugung von Bauteilen am Beispiel unterschiedlicher Körpergeometrien. T2 - Rapid.Tech International Trade Show & Conference for Additive Manufacturing CY - Erfurt, Germany DA - 14.06.2016 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Additive Fertigung KW - Aufbaustrategie KW - 3DDruck KW - Ti-6Al-4V KW - Inconel 718 KW - 316L PY - 2016 SN - 978-3-446-45017-2 SP - 49 EP - 60 PB - Carl Hanser Verlag CY - München, Germany AN - OPUS4-36571 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Schreiber, F. T1 - Hybrides Auftragschweißen: Potentiale des laserunterstützten Plasma-Pulver-Auftragschweißens (PTA) N2 - In diesem Beitrag wurden Untersuchungen zu einem neuartigen hybriden Laser-Plasma-Beschichtungsverfahren vorgestellt. Mit dem Ziel, die Produktivität und Wirtschaftlichkeit von Korrosions- und Verschleißschutzschichten zu steigern, wurde das kostengünstige PTA-Verfahren durch einen Laser als zweite Energiequelle ergänzt. Die vorlaufende Laserstrahlung stabilisiert den Plasmalichtbogen und ermöglicht erst eine Auftragsschweißung bei hohen Geschwindigkeiten. Die hohen Auftragraten von 4,2-5,7 kg/h bei gleichzeitig Streckenenergien von 630-720 J/cm zeigen das mögliche Potential des vorgestellten hybriden Ansatzes. In weiteren Untersuchungen muss der Prozess z.B. in Bezug auf die Oberflächenwelligkeit der Beschichtungen über eine Parameteroptimierung weiter verbessert werden. Nach den bisherigen gesammelten Erfahrungen mit dem Hybridprozess ist davon auszugehen, dass durch eine Anpassung der Energiedichteverteilung das Lasers, die Prozessgeschwindigkeiten noch einmal gesteigert werden können. T2 - 12. Fachtagung Verschleissschutz von Bauteilen durch Auftragschweissen CY - Halle, Germany DA - 13.06.2018 KW - Laser- und Lichtbogenenergie PY - 2018 SP - 104 EP - 108 AN - OPUS4-45230 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -