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 - By allowing economic on demand manufacturing of highly customized and complex workpieces, metal based additive manufacturing (AM) has the prospect to revolutionize many industrial areas. Since AM is prone to the formation of defects during the building process, a fundamental requirement for AM to become applicable in most fields is the ability to guarantee the adherence to strict quality and safety standards. A possible solution for this problem lies in the deployment of various in-situ monitoring techniques. For most of these techniques, the application to AM is still very poorly understood. Therefore, the BAM in its mission to provide safety in technology has initiated the project “Process Monitoring of AM” (ProMoAM). In this project, a wide range of in-situ process monitoring techniques, including active and passive thermography, optical tomography, optical emission and absorption spectroscopy, eddy current testing, laminography, X-ray backscattering and photoacoustic methods, are applied to laser metal deposition (LMD), laser powder bed fusion and wire arc AM. Since it is still unclear which measured quantities are relevant for the detection of defects, these measurements are performed very thoroughly. In successive steps, the data acquired by all these methods is fused and compared to the results of reference methods such as computer tomography and ultrasonic immersion testing. The goal is to find reliable methods to detect the formation of defects during the building process. The detailed acquired data sets may also be used for comparison with simulations. Here, we show first results of high speed (> 300 Hz) thermographic measurements of the LMD process in the SWIR range using 316L as building material. For these experiments, the camera was mounted fixed to the welding arm of the LMD machine to keep the molten pool in focus, regardless of the shape of the specimen. As the thermograms do not contain any information about the current spatial position during the building process, we use an acceleration sensor to track the movement and synchronize the measured data with the predefined welding path. This allows us to reconstruct the geometry of the workpieces and assign the thermographic data to spatial positions. Furthermore, we investigate the influence of the acquisition wavelength on the thermographic data by comparing measurements acquired with different narrow bandpass filters (50 nm FWHM) in a spectral range from 1150 nm to 1550 nm. This research was funded by BAM within the Focus Area Materials. 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 AN - OPUS4-49070 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Scheuschner, Nils A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Towards the determination of real process temperatures in the LMD process by multispectral thermography N2 - Due to the rapid thermal cycles involved in additive manufacturing of metals, high internal stresses and peculiar microstructures occur, which influence the parts mechanical properties. To systematically examine their formation, in-process measurements of the temperature are needed. Since the part emissivity is strongly inhomogeneous and rapidly changing in the process, the applicability of thermography for the determination of thermodynamic temperatures is limited. Measuring the thermal radiation in different wavelengths simultaneously, temperature and emissivity can be separated. Here, we present results of a preliminary study using multispectral thermography to obtain real temperatures and emissivities in directed energy deposition (DED) processes. T2 - Thermosense: Thermal Infrared Applications XLIII CY - Online meeting DA - 12.04.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring KW - Multispectral thermography KW - Laser metal deposition KW - TES KW - LMD KW - Temperature emissivity separation PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1117/12.2587881 VL - 2021 SP - 77 EP - 83 PB - SPIE AN - OPUS4-52516 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Straße, Anne A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - In-situ Monitoring der Additiven Fertigung von Metallen im LPA Prozess mittels Optischer Emissionsspektrometrie (OES) und Thermografie (TT) 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. Viele wichtige Prozessgrößen bei der additiven Fertigung sind thermischer Natur, wie z.B. die Temperatur des Schmelzbades. Aufgrund der Zugänglichkeit zum Werkstück während des Bauprozesses bieten sich optische Verfahren zur Temperaturbestimmung an. Für die Thermografie und Optische Emissionsspektrometrie im IR-Bereich, welche für die in-situ Anwendung prinzipiell als geeignet angesehen werden können, gibt es allerdings 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 der Fokus auf eine Versuchsserie gelegt, bei der Aufbau von Probekörpern aus dem austenitischen Edelstahl 316L mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) durch od. mit Hilfe von IR-Spektrometrie und Thermografie in-situ überwacht wurde. Hierbei stellen u.a. die hohe Bandbreite der zu messenden Temperaturen, die Bestimmung der Emissivität und ihre Änderung bei Phasenübergängen des Metalls große experimentelle Herausforderungen dar, wobei jede Methode individuelle Vor- und Nachteile aufweist, welche verglichen werden. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2021 CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Thermography KW - Direct Energy Deposition KW - Additive Fertigung KW - Thermografie KW - Laserauftragschweißen PY - 2021 AN - OPUS4-52744 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Heinrichsdorff, F. A1 - Oster, Simon A1 - Uhlmann, E. A1 - Polte, J. A1 - Gordei, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-situ monitoring of the laser powder bed fusion process by thermography, optical tomography and melt pool monitoring for defect detection N2 - For the wide acceptance of the use of additive manufacturing (AM), it is required to provide reliable testing methods to ensure the safety of the additively manufactured parts. A possible solution could be the deployment of in-situ monitoring during the build process. However, for laser powder bed fusion using metal powders (PBF-LB/M) only a few in-situ monitoring techniques are commercially available (optical tomography, melt pool monitoring), which have not been researched to an extent that allows to guarantee the adherence to strict quality and safety standards. In this contribution, we present results of a study of PBF-LB/M printed parts made of the nickel-based superalloy Haynes 282. The formation of defects was provoked by local variations of the process parameters and monitored by thermography, optical tomography and melt pool monitoring. Afterwards, the defects were characterized by computed tomography (CT) to identify the detection limits of the used in-situ techniques. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2023 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2023 KW - Thermography KW - Optical tomography KW - Melt-pool-monitoring KW - Laser powder bed fusion KW - Haynes 282 KW - Additive Manufacturing PY - 2023 UR - https://www.wlt.de/lim2023-proceedings/system-engineering-and-process-control SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58466 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 - 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 - 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 - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Maierhofer, Christiane T1 - In-situ Thermografie in der additiven Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragsschweißen N2 - Im Rahmen des Themenfeld Projektes „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) evaluiert die BAM gegenwärtig die Anwendbarkeit verschiedenster ZfP-Verfahren, darunter die Thermografie, zur Prozessüberwachung in der additiven Fertigung von Metallen in Hinblick auf die Qualitätssicherung. In diesem Beitrag werden SWIR-Thermografiemessungen während des Bauprozesses mittels Laser Pulver Auftragsschweißen (LPA) vorgestellt. Eine Herausforderung im Rahmen dieser Messungen liegt in der Positionierung der Kamera, welche entweder fixiert am Schweißarm, also mitbewegt, oder fixiert in der Baukammer, also stationär, erfolgen kann, wobei beide Varianten mit individuellen Vor- und Nachteilen verbunden sind. Eine stationäre Befestigung der Kamera ermöglicht zwar eine einfachere Zuordnung der Messdaten zu der jeweiligen Position im Bauteil, führt jedoch bei komplexeren Geometrien zwangsläufig zu Problemen durch Abschattungen und zu defokussierten Bereichen. Zur Auswertung von Thermogrammen, welche durch eine mit dem Schweißarm mitbewegte Kamera aufgenommen wurden, sind hingegen für jedes Bild akkurate Positionsdaten der Kamera nötig um die Messdaten einer Position im Bauteil zuzuordnen. Da die Positionsdaten des Schweißarmes im allgemeinen Fall durch die Anlagensoftware nicht zur Verfügung gestellt werden, muss diese Information durch zusätzliche Messungen aufgezeichnet werden. Hierzu verwenden wir einen an der Kamera befestigten Beschleunigungssensor. Dieser ermöglicht einen zeitlichen Abgleich mit dem vorprogrammierten Verfahrweg des Schweißarmes, welcher im Allgemeinen noch Unsicherheiten bezüglich genauer Geschwindigkeiten und Beschleunigungen offenlässt. Weiterhin untersuchen wir den Einfluss des empfindlichen Spektralbereiches der IR-Kamera durch den Vergleich von Messungen mit verschiedenen schmalbandigen Bandpassfiltern (25 nm FWHM) in einem Bereich von 1150 nm bis 1550 nm. T2 - Thermographie-Kolloquium 2019 CY - Halle (Saale), Germany DA - 19.09.2019 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 AN - OPUS4-49078 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Heinrichsdorff, F. A1 - Gordei, A. A1 - Ehlers, Henrik A1 - Kochan, J. A1 - Jahangir, H. A1 - Pelkner, Matthias A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung von Metallen (PBF-LB /M) mittels TT und ET N2 - Durch die additive Fertigung ergeben sich durch die nun mögliche wirtschaftliche Fertigung hochgradig individueller und komplexer metallischer Bauteile in kleinen Stückzahlen bis hinunter zum Einzelstück für viele Industriebereiche ganz neue Möglichkeiten. Gleichzeitig entstehen jedoch neue Herausforderungen im Bereich der Qualitätssicherung, da sich auf statistischen Methoden beruhende Ansätze nicht anwenden lassen, ohne wiederum die Vorteile der Fertigung massiv einzuschränken. Eine mögliche Lösung für dieses Problem liegt in der Anwendung verschiedener In-situ-Überwachungstechniken während des Bauprozesses. Jedoch sind nur wenige dieser Techniken kommerziell verfügbar und noch nicht so weit erforscht, dass die Einhaltung strenger Qualitäts- und Sicherheitsstandards gewährleistet werden kann. In diesem Beitrag stellen wir die Ergebnisse einer Studie über mittels L-PBF gefertigte Probekörper aus der Nickelbasis-Superlegierung Haynes 282 vor, bei denen die Bildung von Defekten durch lokale Variationen der Prozessparameter wie der Laserleistung provoziert wurde. Die Proben wurden in-situ mittels Thermographie, optischer Tomographie, Schmelzbadüberwachung und Wirbelstromprüfung sowie ex-situ mittels Computertomographie (CT) überwacht, mit dem Ziel, die Machbarkeit und die Aussichten der einzelnen Methoden für die zuverlässige Erkennung der Bildung relevanter Defekte zu bewerten. T2 - DGZfP Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Thermografie KW - Additive Fertigung KW - Thermography PY - 2022 AN - OPUS4-55851 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 -