TY - CONF A1 - Poka, Konstantin A1 - Merz, Benjamin A1 - Epperlein, Martin A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Integration of the whole digital chain in a unique file for PBF-LB/M: practical implementation within a digital thread and its advantages N2 - The industrialization of AM is only possible by creating synergy with the tools of Industry 4.0. The system technology of Powder Bed Fusion with Laser beam of Metals (PBF-LB/M) reached a level of high performance in terms of process stability and material spectrum in the past years. However, the digital process chain, starting from CAD via CAM and plant-specific compila-tion of the manufacturing file exhibits media disruptions. The consequence is a loss of metadata. A uniform data scheme of simulation for Design for Additive Manufacturing (DfAM), the PBF-LB/M process itself and quality assurance is currently not realized within industry. There is no entity in the common data flows of the process chains, that enables the integration of these functionalities. As part of the creation of a digital quality infrastructure in the QI-Digital pro-ject, an integration of the CAD/CAM chain is being established. The outcome is a file in an advanced commercially available format which includes all simula-tions and manufacturing instructions. The information depth of this file extends to the level of the scan vectors and allows the automatic optimization and holis-tic documentation. In addition, the KPI for the economic analysis are generated by compressing information into a unique file combined with the application of a digital twin. The implementation and advantages of this solution are demon-strated in a case study on a multi-laser PBF-LB/M system. A build job contain-ing a challenging geometry is thermally simulated, optimized, and manufac-tured. To verify its suitability for an Additive Manufacturing Service Platform (AMSP), the identical production file is transferred to a PBF-LB/M system of another manufacturer. Finally, the achieved quality level of the build job is evaluated via 3D scanning. This evaluation is carried out in the identical entity of the production file to highlight the versatility of this format and to integrate quality assurance data. T2 - Additive Manufacturing for Products and Applications 2023 CY - Lucerne, Switzerland DA - 11.09.2023 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Digital Twin KW - Data Integrity KW - Process Chain Integration KW - Computer Aided Manufacturing PY - 2023 SN - 978-3-031-42982-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-42983-5_7 SN - 2730-9576 VL - 3 SP - 91 EP - 114 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-58363 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Herausforderungen in der additiven Fertigung sicherheitsrelevanter Komponenten N2 - Der Vortrag stellt nach einer kurzen allgemeinen Einleitung zur additiven Fertigung und des Laser Powder Bed Fusion Verfahrens einige Herausforderungen vor, die derzeitig den Einsatz von AM-Komponenten in sicherheitsrelevanten Anwendungen erschweren. Abschließend werden zwei Beispiele von Arbeiten der BAM gezeigt, die zur Überwindung dieser Herausforderungen beitragen können. T2 - Anwendertreffen des Laserverbundes Berlin-Brandenburg CY - Berlin, Germany DA - 25.11.2022 KW - Additive Fertigung KW - Laser Powder Bed Fusion PY - 2022 AN - OPUS4-56435 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - Multispectral in-situ monitoring of a L-PBF manufacturing process using three thermographic camera systems N2 - The manufacturing of metal parts for the use in safety-relevant applications by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) demands a quality assurance of both part and process. Thermography is a nondestructive testing method that allows the in-situ determination of the thermal history of the produced part which is connected to the mechanical properties and the formation of defects [1]. A wide range of commercial thermographic camera systems working in different spectral ranges is available on the market. The understanding of the applicability of these cameras for qualitative and quantitative in-situ measurements in L-PBF is of vital importance [2]. In this study, the building process of a cylindrical specimen (Inconel 718) is monitored by three camera systems simultaniously. These camera systems are sensitive in various spectral bandwidths providing information in different temperature ranges. The performance of each camera system is explored in the context of the extraction of image features for the detection of defects. It is shown that the high temporal and thermal process dynamics are limiting factors on this matter. The combination of different spectral camera systems promises the potential of an improved defect detection by data fusion. T2 - LASER SYMPOSIUM & ISAM 2021 CY - Online meeting DA - 07.12.2021 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Defect detection PY - 2021 AN - OPUS4-54141 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter A1 - Becker, Tina A1 - Oster, Simon A1 - Altenburg, Simon A1 - Metz, C. A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Aktive Laserthermografie im L-PBF-Prozess zur in-situ Detektion von Defekten N2 - Die zerstörungsfreie Prüfung von metallischen Bauteilen hergestellt mit additiver Fertigung (Additive Manufacturing - AM) gewinnt zunehmend an industrieller Bedeutung. Grund dafür ist die Feststellung von Qualität, Reproduzierbarkeit und damit auch Sicherheit für Bauteile, die mittels AM gefertigt wurden. Jedoch wird noch immer ex-situ geprüft, wobei Defekte (z.B. Poren, Risse etc.) erst nach Prozessabschluss entdeckt werden. Übersteigen Anzahl und/oder Abmessung die vorgegebenen Grenzwerte für diese Defekte, so kommt es zu Ausschuss, was angesichts sehr langer Bauprozessdauern äußerst unrentabel ist. Eine Schwierigkeit ist dabei, dass manche Defekte sich erst zeitverzögert zum eigentlichen Materialauftrag bilden, z.B. durch thermische Spannungen oder Schmelzbadaktivitäten. Dementsprechend sind reine Monitoringansätze zur Detektion ggf. nicht ausreichend. Daher wird in dieser Arbeit ein Verfahren zur aktiven Thermografie an dem AM-Prozess Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) untersucht. Das Bauteil wird mit Hilfe des defokussierten Prozesslasers bei geringer Laserleistung zwischen den einzelnen gefertigten Lagen unabhängig vom eigentlichen Bauprozess erwärmt. Die entstehende Wärmesignatur wird ort- und zeitaufgelöst durch eine Infrarotkamera erfasst. Durch diese der Lagenfertigung nachgelagerte Prüfung werden auch zum Bauprozess zeitversetzte Defektbildungen nachweisbar. In dieser Arbeit finden die Untersuchungen als Proof-of-Concept, losgelöst vom AM-Prozess, an einem typischen metallischen Testkörper statt. Dieser besitzt eine Nut als oberflächlichen Defekt. Die durchgeführten Messungen finden an einer eigens entwickelten L-PBF-Forschungsanlage innerhalb der Prozesskammer statt. Damit wird ein neuartiger Ansatz zur aktiven Thermografie für L-PBF erforscht, der eine größere Bandbreite an Defektarten auffindbar macht. Der Ansatz wird validiert und Genauigkeit sowie Auflösungsvermögen geprüft. Eine Anwendung am AM-Prozess wird damit direkt forciert und die dafür benötigten Zusammenhänge werden präsentiert. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermografie KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Aktive Laserthermografie PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-550353 SN - 978-3-947971-25-1 VL - 177 SP - 1 EP - 9 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V. AN - OPUS4-55035 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - Aktive Laserthermografie im L-PBF-Prozess zur in-situ Detektion von Defekten N2 - Die zerstörungsfreie Prüfung von metallischen Bauteilen hergestellt mit additiver Fertigung (Additive Manufacturing - AM) gewinnt zunehmend an industrieller Bedeutung. Grund dafür ist die Feststellung von Qualität, Reproduzierbarkeit und damit auch Sicherheit für Bauteile, die mittels AM gefertigt wurden. Jedoch wird noch immer ex-situ geprüft, wobei Defekte (z.B. Poren, Risse etc.) erst nach Prozessabschluss entdeckt werden. Übersteigen Anzahl und/oder Abmessung die vorgegebenen Grenzwerte für diese Defekte, so kommt es zu Ausschuss, was angesichts sehr langer Bauprozessdauern äußerst unrentabel ist. Eine Schwierigkeit ist dabei, dass manche Defekte sich erst zeitverzögert zum eigentlichen Materialauftrag bilden, z.B. durch thermische Spannungen oder Schmelzbadaktivitäten. Dementsprechend sind reine Monitoringansätze zur Detektion ggf. nicht ausreichend. Daher wird in dieser Arbeit ein Verfahren zur aktiven Thermografie an dem AM-Prozess Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) untersucht. Das Bauteil wird mit Hilfe des defokussierten Prozesslasers bei geringer Laserleistung zwischen den einzelnen gefertigten Lagen unabhängig vom eigentlichen Bauprozess erwärmt. Die entstehende Wärmesignatur wird ort- und zeitaufgelöst durch eine Infrarotkamera erfasst. Durch diese der Lagenfertigung nachgelagerte Prüfung werden auch zum Bauprozess zeitversetzte Defektbildungen nachweisbar. In dieser Arbeit finden die Untersuchungen als Proof-of-Concept, losgelöst vom AM-Prozess, an einem typischen metallischen Testkörper statt. Dieser besitzt eine Nut als oberflächlichen Defekt. Die durchgeführten Messungen finden an einer eigens entwickelten L-PBF-Forschungsanlage innerhalb der Prozesskammer statt. Damit wird ein neuartiger Ansatz zur aktiven Thermografie für L-PBF erforscht, der eine größere Bandbreite an Defektarten auffindbar macht. Der Ansatz wird validiert und Genauigkeit sowie Auflösungsvermögen geprüft. Eine Anwendung am AM-Prozess wird damit direkt forciert und die dafür benötigten Zusammenhänge werden präsentiert. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermografie KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Aktive Laserthermografie PY - 2022 AN - OPUS4-55040 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - Porosity prediction in metal based additive manufacturing utilizing in situ thermography N2 - Quality assessment of components produced by metal based additive manufacturing (AM) technologies such as laser powder bed fusion is rising in importance due to the increased use of AM in industrial production. Here, the presence of internal porosity was identified as a limiting factor for the final component quality. The utilization of thermography as an in-situ monitoring technique allows the determination of the part’s thermal history which was found to be connected to the porosity formation [1]. Combining the local thermal information derived from thermography with the porosity information obtained by x-ray micro computed tomography, machine learning algorithms can be utilized to predict the porosity distribution in the part. In this study, a first approach for the prediction of keyhole porosity in a cylindric specimen from AISI 316L stainless steel is presented. It is based on data augmentation using the “SmoteR” algorithm [2] to cure the dataset imbalance and a 1-dimensional convolutional neural network. [1] C.S. Lough et al., Local prediction of Laser Powder Bed Fusion porosity by short-wave infrared thermal feature porosity probability maps. Journal of Materials Processing Technology, 302, p. 117473 (2022) https://dx.doi.org/10.1016/j.imatprotec.2021.117473 [2] L. Torgo et al., SMOTE for Regression. Progress in Artificial Intelligence, Chapter 33, p. 378-289 (2013) https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-40669-0_33 T2 - KI-Tag Arbeitskreis Chemometrik & Qualitätssicherung - Chemometrics meets Artificial Intelligence CY - Berlin, Germany DA - 01.04.2022 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - Defect Prediction KW - Convolutional Neural Networks PY - 2022 AN - OPUS4-54621 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Simón Muzás, Juan A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Mitigation of liquation cracking in laser welding of pairs of L-PBF processed and wrought plates of Inconel 718 N2 - Laser welding is an appropriate technique for joining Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) parts together and to conventional wrought ones. The potential consists of profiting from synergies between additive and conventional manufacturing methods and overcoming the existing limitations of both. On the one hand, L-PBF is a widely spread metal-based additive manufacturing technique suitable for generating complex parts which can present intrinsic designed cavities, conformal cooling channels, and filigree structures contributing to sustainable manufacturing and efficiency-oriented designs. On the other hand, chamber sizes for producing L-PBF parts are limited, and the process is time-consuming. Thus, its employment is not for every geometry justified. Additionally, they are in most cases individual elements of a larger assembly and need to be joined together to conventionally fabricated parts. The present research suggests laser welding parameters to adequately bond pairs of wrought and L-PBF processed plates and two L-PBF plates of Inconel 718 in butt position. L-PBF samples are printed in three different build-up orientations. Additionally, the influence of as-built L-PBF roughness qualities and usual pre-weld preparations such as edge milling are examined. The effect of normed pre-weld heat treatments is also contemplated. Identified cracks are analyzed by means of EDS in order to confirm the present phases on the areas of interest. EBSD is also employed to obtain a clear depiction of the crystallographic texture and distribution of the hot cracks. The quality of the weldment was examined according to existing standards. Substantial differences in seam geometry and microstructure across different edge’s surface qualities and build directions of stress relieved L-PBF parts have not been detected. Nevertheless, even if no other irregularities are present in the seam, variability in liquation cracking susceptibility has been confirmed. This defect is prone to happen when parts made of this nickel-based superalloy are welded together when not enough precautions are taken. It has been determined that grain size and ductility of the material before welding play a crucial role and mitigating or intensifying these imperfections. Moreover, recommendations are presented to avoid this potential welding defect. T2 - IIW 2022 International Conference on Welding and Joining CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Hybrid Part KW - Liquation Cracking KW - Build-up Orientation KW - Pre-weld Preparation KW - Heat treatment KW - Inconel 718 KW - Laser Welding KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Selective Laser Melting KW - SLM KW - L-PBF KW - PBF-LB/M KW - LW PY - 2022 UR - www.iiw2022.com SP - 372 EP - 375 PB - The International Institute of Welding (IIW) CY - Tokyo, Japan AN - OPUS4-56066 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - Comparison of NIR and SWIR thermography for defect detection in laser powder bed fusion N2 - Since laser powder bed fusion (PBF-LB/M) is prone to the formation of defects during the building process, a fundamental requirement for widespread application is to find ways to assure safety and reliability of the additively manufactured parts. A possible solution for this problem lies in the usage of in-situ thermographic monitoring for defect detection. In this contribution we investigate possibilities and limitations of the VIS/NIR wavelength range for defect detection. A VIS/NIR camera can be based on conventional silicon-based sensors which typically have much higher spatial and temporal resolution in the same price range but are more limited in the detectable temperature range than infrared sensors designed for longer wavelengths. To investigate the influence, we compared the thermographic signatures during the creation of artificially provoked defects by local parameter variations in test specimens made of a nickel alloy (UNS N07208) for two different wavelength ranges (~980 nm and ~1600 nm). T2 - 13th CIRP Conference on Photonic Technologies - LANE 2024 CY - Fürth, Germany DA - 15.09.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Nondestructive Testing KW - Defect Detection KW - Thermography PY - 2024 AN - OPUS4-61285 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - In-situ Prüfung additiv gefertigter L-PBF-Bauteile mit aktiver Laserthermografie N2 - Die additive Fertigung von metallischen Bauteilen (Additive Manufacturing - AM; auch 3D-Druck genannt) bietet eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber konventionellen Fertigungsmethoden. Durch den schichtweisen Auftrag und das selektive Aufschmelzen von Metallpulver im Laser Powder Bed Fusion Prozess (L-PBF) sind u.a. optimierte und flexibel anpassbare Designs und die Nutzung von neuartigen Materialien möglich. Aufgrund der Komplexität des AM-Prozesses und der Menge an Einflussfaktoren ist eine Qualitätssicherung der gefertigten Bauteile unabdingbar. Verschiedene in-situ Monitoringansätze werden bereits angewendet, jedoch findet eine dedizierte Prüfung erst im Nachgang der Fertigung ex-situ statt. Der Grund dafür ist, dass die Entstehung von geometrischen Abweichungen und Defekten auch zeitversetzt zum eigentlichen Materialauftrag und damit auch zum Monitoring stattfinden kann. Die Notwendigkeit geeigneter in-situ Prüfmethoden für L-PBF, um die Erforderlichkeit einer Nacharbeitung frühzeitig festzustellen und Ausschuss zu vermeiden ist angesichts kostenintensiver Ausgangsstoffe und einer oftmals mehrstündigen bis mehrtägigen Prozessdauer besonders hoch. Daraus motiviert wird im Rahmen des Projektes ATLAMP die Möglichkeit der aktiven Laserthermografie mit Hilfe des defokussierten Fertigungslasers untersucht. Damit ist, bei vergleichsweise geringer Laserleistung, eine zerstörungsfreie Prüfung mittels Flying Spot Thermografie möglich. Diese findet jeweils anschließend an die Fertigung einer Schicht statt, womit der reale Status des Bauteils im Verlauf des AM-Prozesses geprüft wird. Als Grundlage dafür werden im Rahmen dieser Arbeit mit AM gefertigte, defektbehaftete Probekörper zunächst losgelöst vom Fertigungsprozess untersucht. Damit werden die Grundlagen für den neuartigen Ansatz der aktiven in-situ Laserthermografie im L-PBF-Prozess mittels des Fertigungslasers geschaffen. Auf diese Weise lassen sich auch zeitversetzt auftretende Defekte zerstörungsfrei im Prozessverlauf feststellen und eine aussagekräftige Qualitätssicherung des Ist-Zustands des Bauteils erreichen. T2 - Thermographie-Kolloquium 2022 CY - Saarbrücken, Germany DA - 28.09.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Defekte KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Aktive Laserthermografie PY - 2022 UR - https://www.dgzfp.de/Portals/thermo2022/BB178/Inhalt/18.pdf SN - 978-3-947971-27-5 AN - OPUS4-56810 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - In-situ defect detection for laser powder bed fusion with active laser thermography N2 - Defects are still common in metal components built with Additive Manufacturing (AM). Process monitoring methods for laser powder bed fusion (PBF-LB/M) are used in industry, but relationships between monitoring data and defect formation are not fully understood yet. Additionally, defects and deformations may develop with a time delay to the laser energy input. Thus, currently, the component quality is only determinable after the finished process. Here, active laser thermography, a non-destructive testing method, is adapted to PBF-LB/M, using the defocused process laser as heat source. The testing can be performed layer by layer throughout the manufacturing process. The results of the defect detection using infrared cameras are presented for a custom research PBF-LB/M machine. Our work enables a shift from post-process testing of components towards in-situ testing during the AM process. The actual component quality is evaluated in the process chamber and defects can be detected between layers. T2 - 2023 Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium CY - Austin, TX, USA DA - 14.08.2023 KW - Additive Manufacturing KW - Additive Fertigung KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Nondestructive Testing KW - Flying Spot Laser Thermography PY - 2023 AN - OPUS4-58137 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - In-situ defect detection via active laser thermographic testing for PBF-LB/M N2 - Great complexity characterizes Additive Manufacturing (AM) of metallic components via laser powder bed fusion (PBF-LB/M). Due to this, defects in the printed components (like cracks and pores) are still common. Monitoring methods are commercially used, but the relationship between process data and defect formation is not well understood yet. Furthermore, defects and deformations might develop with a temporal delay to the laser energy input. The component’s actual quality is consequently only determinable after the finished process. To overcome this drawback, thermographic in-situ testing is introduced. The defocused process laser is utilized for nondestructive testing performed layer by layer throughout the build process. The results of the defect detection via infrared cameras are shown for a research PBF-LB/M machine. This creates the basis for a shift from in-situ monitoring towards in-situ testing during the AM process. Defects are detected immediately inside the process chamber, and the actual component quality is determined. T2 - Lasers in Manufacturing (LiM) CY - Munich, Germany DA - 26.06.2023 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Nondestructive Testing KW - Defect Detection KW - Flying Spot Laser Thermography PY - 2023 AN - OPUS4-57922 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter T1 - Hyperspektrale Thermografie im metallischen Laser-Pulverbettschweißen (PBF-LB/M): Grundlagen für eine in-situ Realtemperatur-Bestimmung N2 - Die additive Fertigung (Additive Manufacturing AM, auch als 3D Druck bekannt) von Metallen nimmt einen stetig wachsenden Stellenwert in industriellen Anwendungen ein. Gründe dafür sind u.a. die Möglichkeit der Umsetzung komplexer Bauteildesigns und die Nutzung neuartiger Werkstoffe. Damit hebt sich AM von konventionellen Fertigungsmethoden wie der subtraktiven Fertigung (Drehen, Fräsen, etc.) ab. Das für Metalle am weitesten verbreitete AM-Verfahren ist das Laser-Pulverbettschweißen (Laser Powder Bed Fusion PBF-LB/M, auch als Selective Laser Melting SLM bekannt). Es besitzt aktuell den höchsten Industrialisierungsgrad und die größte Anzahl an eingesetzten Maschinen. Bei PBF-LB/M liegt der metallische Ausgangswerkstoff unter Inertgasatmosphäre innerhalb einer Prozesskammer in einem Bett als Pulver vor und ein Laser schmilzt dieses lokal auf. Durch wiederholtes Auftragen einer neuen Pulverschicht und anschließendes selektives Schmelzen mit Hilfe des Lasers findet der lagenweise Aufbau eines Bauteils statt. Die dabei auftretenden lokalen Temperaturverteilungen bestimmen sowohl die Eigenschaften des gefertigten Bauteils als auch das mögliche Auftreten von Defekten wie Poren oder Risse. Durch diese Relevanz der thermischen Historie wäre die Aufzeichnung der auftretenden Realtemperaturen in zeitlicher und räumlicher Abhängigkeit optimal. Mit quantitativen Werten wären Vergleichbarkeit und Wiederholbarkeit des AM-Prozesses gegeben, was sich auch positiv auf Qualität und Sicherheit des gefertigten Bauteils auswirkt. Außerdem wäre ein Beitrag zur Validierung von Simulationen sowie zur Gewinnung eines tieferen Verständnisses des Fertigungsprozesses gegeben. Jedoch findet aktuell lediglich ein qualitatives Monitoring statt (bspw. mittels Überwachung des Schweißbades durch eine Photodiode) und sicherheitsrelevante Bauteile müssen zeit- und kostenaufwändig im Nachgang ex-situ geprüft werden. Grund dafür sind auch die herausfordernden Bedingungen des PBF-LB/M-Prozesses mit hohen Scangeschwindigkeiten bei geringem Durchmesser des Laserspots. Des Weiteren erschweren die auftretenden Emissionsgradänderungen mit hoher Dynamik (zeitlich, räumlich) und den gegebenen Abhängigkeiten (temperatur-/wellenlängenabhängig) eine berührungslose Temperaturbestimmung basierend auf emittierter Infrarotstrahlung deutlich. Klassische Thermografie bietet zwar sehr gute qualitative Einblicke, ist dabei jedoch ohne eine aufwändige Temperaturkalibrierung inklusive Bildsegmentierung und Zuweisung von vorher ermittelten Emissionsgraden für eine verlässliche Bestimmung der Realtemperatur nicht ausreichend. Aus diesem Grund wird in dieser Veröffentlichung der Ansatz der hyperspektralen Thermografie für den PBF-LB/M Prozess vorgestellt: Die emittierte Infrarotstrahlung wird gleichzeitig bei einer Vielzahl von benachbarten Wellenlängenbereichen gemessen. Dies wird in dieser Untersuchung mittels einer selbst zusammengestellten hyperspektralen Linienkamera, die im kurzwelligen Infrarotbereich arbeitet, realisiert. Hierbei wird die thermische Strahlung einer Linie auf dem Messobjekt spektral aufgespalten und detektiert, sodass die spektrale spezifische Ausstrahlung entlang dieser Linie vermessen werden kann. Bewegt sich das Schmelzbad des PBF-LB/M Prozesses bei ausreichender Bildfrequenz durch diese Linie, ist eine räumliche Rekonstruktion eines effektiven Schmelzbades möglich. Ein Ansatz, um aus diesen hyperspektralen Daten die gesuchten Emissionsgrade sowie die Realtemperatur zu ermitteln, sind Methoden der Temperatur-Emissionsgrad-Separation (TES). Ein Hauptproblem besteht darin, dass n spektrale Messungen verfügbar sind, jedoch n+1 Kenngrößen für jeden Bildpixel gesucht werden (n Emissionsgrade + eine Temperatur). TES-Methoden liefern die Möglichkeit, dieses mathematisch unterbestimmte Problem verlässlich und nachvollziehbar zu approximieren, indem der spektrale Emissionsgrad mit wenigen Freiheitsgraden analytisch parametriert wird. Mit Hilfe dieses Ansatzes werden Setup und Methoden an SAMMIE (Sensor-based Additive Manufacturing Machine), einer Forschungsmaschine für PBF-LB/M, angewendet. Erste Ergebnisse unter AM-Prozessbedingungen werden gezeigt, welche die Grundlage für die Bestimmung von Realtemperaturen im PBF-LB/M-Prozess bilden. Dies leistet einen wichtigen Beitrag zur verbesserten Vergleichbarkeit und Wiederholbarkeit der Fertigung, zur Validierung von Simulationen sowie zum Verständnis des Prozesses selbst. Das unterstützt langfristig dabei das Vertrauen in die Sicherheit von AM-Produkten zu stärken. T2 - TEMPERATUR 2024 CY - Berlin, Germany DA - 05.06.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Schmelzbadtemperatur KW - Hyperspectral Imaging KW - Emissionsgrad KW - Quantitative Temperatur PY - 2024 AN - OPUS4-60753 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - Machine Learning based defect detection in Laser Powder Bed Fusion utilizing thermographic feature data N2 - The formation of irregularities such as keyhole porosity pose a major challenge to the manufacturing of metal parts by laser powder bed fusion (PBF-LB/M). In-situ thermography as a process monitoring technique shows promising potential in this manner since it is able to extract the thermal history of the part which is closely related to the formation of irregularities. In this study, we investigate the utilization of machine learning algorithms to detect keyhole porosity on the base of thermographic features. Here, as a referential technique, x-ray micro computed tomography is utilized to determine the part's porosity. An enhanced preprocessing workflow inspired by the physics of the keyhole irregularity formation is presented in combination with a customized model architecture. Furthermore, experiments were performed to clarify the role of important parameters of the preprocessing workflow for the task of defect detection . Based on the results, future demands on irregularity prediction in PBF-LB/M are derived. T2 - International Conference on NDE 4.0 CY - Berlin, Germany DA - 24.10.2022 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Convolutional Neural Networks PY - 2022 AN - OPUS4-56332 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Breese, Philipp Peter A1 - Becker, Tina A1 - Oster, Simon A1 - Metz, C. A1 - Altenburg, Simon T1 - In-situ defect detection for laser powder bed fusion with active laser thermography N2 - Defects are still common in metal components built with Additive Manufacturing (AM). Process monitoring methods for laser powder bed fusion (PBF-LB/M) are used in industry, but relationships between monitoring data and defect formation are not fully understood yet. Additionally, defects and deformations may develop with a time delay to the laser energy input. Thus, currently, the component quality is only determinable after the finished process. Here, active laser thermography, a nondestructive testing method, is adapted to PBF-LB/M, using the defocused process laser as heat source. The testing can be performed layer by layer throughout the manufacturing process. We study our proposed testing method along experiments carried out on a custom research PBF-LB/M machine using infrared (IR) cameras. Our work enables a shift from post-process testing of components towards in-situ testing during the AM process. The actual component quality is evaluated in the process chamber and defects can be detected between layers. T2 - 2023 International Solid Freeform Fabrication Symposium CY - Austin, TX, USA DA - 14.08.2023 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Nondestructive Testing KW - Thermography KW - Defect Detection PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-606288 DO - https://doi.org/10.26153/tsw/51096 SP - 1978 EP - 1989 PB - University of Texas at Austin CY - Austin, TX, USA AN - OPUS4-60628 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - Defect prediction on the Base of Thermographic features in Laser Powder Bed Fusion Utilizing Machine Learning Algorithms N2 - Avoiding the formation of defects such as keyhole pores is a major challenge for the production of metal parts by Laser Powder Bed Fusion (LPBF). The use of in-situ monitoring by thermographic cameras is a promising approach to detect defects, however the data is hard to analyze by conventional algorithms. Therefore, we investigate the use of Machine Learning (ML) in this study, as it is a suitable tool to model complex processes with many influencing factors. A ML model for defect prediction is created based on features extracted from process thermograms. The porosity information calculated from an x-ray Micro Computed Tomography (µCT) scan is used as reference. Physical characteristics of the keyhole pore formation are incorporated into the model to increase the prediction accuracy. Based on the prediction result, the quality of the input data is inferred and future demands on in-situ monitoring of LPBF processes are derived. T2 - Additive Manufacturing Benchmarks 2022 CY - Bethesda, MA, USA DA - 14.08.2022 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Machine Learning KW - Defect prediction PY - 2022 AN - OPUS4-55591 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - Defect prediction in laser powder bed fusion based on thermographic features utilizing convolutional neural networks N2 - The appearance of irregularities such as keyhole porosity is a major challenge for the production of metal parts by laser powder bed fusion (PBF-LB/M). The utilization of thermographic in-situ monitoring is a promising approach to extract the thermal history which is closely related to the formation of irregularities. In this study, we investigate the utilization of convolutional neural networks to predict keyhole porosity based on thermographic features. Here, the porosity information calculated from an x-ray micro computed tomography scan is used as reference. Feature engineering is performed to enable the model to learn the complex physical characteristics of the porosity formation. The model is examined with regard to the choice of hyperparameters, the significance of thermal features and characteristics of the data acquisition. Based on the results, future demands on irregularity prediction in PBF-LB/M are derived. T2 - GIMC SIMAI YOUNG 2022 CY - Pavia, Italy DA - 29.09.2022 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Convolutional Neural Networks PY - 2022 AN - OPUS4-56331 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther T1 - Einfluss der Zwischenlagenzeit und der Bauteilhöhe auf die resultierenden Eigenschaften laserstrahlgeschmolzener austenitischer Stahlbauteile 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 - DGM Fachtagung "Werkstoffe und Additive Fertigung" CY - Online meeting DA - 13.05.2020 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Additive Fertigung KW - Zwischenlagenzeit KW - In-situ Monitoring PY - 2020 AN - OPUS4-50788 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Jakob T1 - Neutron Diffraction Based Residual Stress Analysis of Additively Manufactured Alloys N2 - Additive manufacturing methods such as laser powder bed fusion offer an enormous flexibility in the efficient design of parts. In this process, a laser locally melts feedstock powder to build up a part layer-by-layer. It is this localized processing manner imposing large temperature gradients, resulting in the formation of internal stress and characteristic microstructures. Produced parts inherently contain high levels of residual stress accompanied by columnar grain growth and crystallographic texture. On a smaller scale, the microstructure is characterized by competitive cell-like solidification with micro segregation and dislocation entanglement. In this context, it is crucial to understand the interplay between microstructure, texture, and residual stress to take full advantage of the freedom in design. In fact, X-ray and neutron diffraction are considered as the benchmark for the non-destructive characterization of surface and bulk residual stress. The latter, characterized by a high penetration power in most engineering alloys, allows the use of diffraction angle close to 90°, enabling the employment of a nearly cubic gauge volume. However, the complex hierarchical microstructures produced by additive manufacturing present significant challenges towards the reliable characterization of residual stress by neutron diffraction. Since residual stress is not the direct quantity being measured, the peak shift imposed by the residual stress present in a material must be converted into a macroscopic stress. First, an appropriate lattice plane must be selected that is easily accessible (i.e., high multiplicity) and insensitive to micro strain accumulation. Second, a stress-free reference must be known to calculate a lattice strain, which can be difficult to define for the heterogeneous microstructures produced by additive manufacturing. Third, an appropriate set of diffraction elastic constants that relate the lattice strain to the macroscopic stress must be known. In this presentation, advancements in the field of residual stress analysis using neutron diffraction are presented on the example of the Ni-based superalloy Inconel 718. The effect of the complex microstructure on the determination of residual stress by neutron diffraction is presented. It is shown, how to deal with the determination of the stress-free reference. It is also shown that the selection of an appropriate set of diffraction elastic constants depends on the microstructure. Finally, the role of the crystallographic texture in the determination of the residual stress is shown. T2 - Deutsche Neutronenstreutagung CY - Aachen, Germany DA - 16.09.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Neutron Diffraction KW - Electron Backscatter Diffraction KW - Laser Powder Bed Fusion PY - 2024 AN - OPUS4-61476 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Evolution of Creep Damage of 316L Produced by Laser Powder Bed Fusion N2 - The damage mechanisms of metallic components produced by process laser powder bed fusion differ significantly from those typically observed in conventionally manufactured variants of the same alloy. This is due to the unique microstructures of additively manufactured materials. Herein, the focus is on the study of the evolution of creep damage in stainless steel 316L specimens produced by laser powder bed fusion. X-ray computed tomography is used to unravel the influence of the process-specific microstructure from the influence of the initial void distribution on creep damage mechanisms. The void distribution of two specimens tested at 600 °C and 650 °C is analyzed before a creep test, after an interruption, and after fracture. The results indicate that the formation of damage is not connected to the initial void distribution. Instead, damage accumulation at grain boundaries resulting from intergranular cracking is observed. T2 - Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium CY - Austin, TX, USA DA - 14.08.2023 KW - AISI 316L KW - Additive Manufacturing KW - Computed Tomography KW - Creep KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Microstructure KW - PBF-LB/M/316L PY - 2023 AN - OPUS4-58285 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Formation of Creep Damage of 316L Produced by Laser Powder Bed Fusion N2 - The damage mechanisms of metallic components produced by process laser powder bed fusion differ significantly from those typically observed in conventionally manufactured variants of the same alloy. This is due to the unique microstructures of additively manufactured materials. Herein, the focus is on the study of the evolution of creep damage in stainless steel 316L specimens produced by laser powder bed fusion. X-ray computed tomography is used to unravel the influence of the process-specific microstructure from the influence of the initial void distribution on creep damage mechanisms. The void distribution of two specimens tested at 600 °C and 650 °C is analyzed before a creep test, after an interruption, and after fracture. The results indicate that the formation of damage is not connected to the initial void distribution. Instead, damage accumulation at grain boundaries resulting from intergranular cracking is observed. T2 - 4th Symposium on Materials and Additive Manufacturing - Additive 2024 CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - AISI 316L KW - Additive Manufacturing KW - Computed Tomography KW - Creep KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Microstructure KW - PBF-LB/M/316L PY - 2024 AN - OPUS4-60295 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -