TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Scheuschner, Nils A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In situ heat accumulation by geometrical features obstructing heat flux and by reduced inter layer times in laser powder bed fusion of AISI 316L stainless steel N2 - Material qualification for laser powder bed fusion (L-PBF) processes are often based on results derived from additively manufactured (AM) bulk material or small density cubes, although it is well known that the part geometry has a tremendous influence on the heat flux and, therefore, on the thermal history of an AM component. This study shows experimentally the effect of simple geometrical obstructions to the heat flux on cooling behavior and solidification conditions of 316L stainless steel processed by L-PBF. Additionally, it respects two distinct inter layer times (ILT) as well as the build height of the parts. The cooling behavior of the parts is in-situ traced by infrared (IR) thermography during the built-up. The IR signals reveal significant differences in cooling conditions, which are correlated to differences in melt pool geometries. The acquired data and results can be used for validation of computational models and improvements of quality assurance. KW - Selective laser beam melting KW - Thermography KW - Melt pool depth KW - Inter layer time KW - Ppreheating temperature KW - Additive Manufacturing PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512549 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.030 VL - 94 SP - 155 EP - 160 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51254 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lange, Fritz A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Numerical simulation of the weld pool dynamics during pulsed laser welding using adapted heat source models N2 - A transient simulation including the impact of the laser energy, the melting of the metal and the development of the weld pool was conducted to observe the evolution of the vapor capillary and the solidification of the melt in pulsed laser beam welding of AISI 304 steel. The phase field method was implemented to investigate the evolution and behavior of the liquid-gas interface during welding and to describe the condensed and vapor phases. The effects of phase transition, recoil pressure, thermo-capillary and natural convection, vaporization and temperature dependent material properties were taken into account. A Gaussian-like heat source under consideration of the Fresnel absorption model was used to model the energy input of the laser beam. The heat source model was extended by a newly developed empirical approach of describing multiple beam reflections in the keyhole. To validate this new model, the numerical results were compared to experimental data and good agreement regarding the size and shape of the weld pool was observed. T2 - LANE Conference 2018 CY - Fürth, Germany DA - 03.09.2018 KW - Pulsed laser beam welding KW - Weld pool dynamics KW - Multiple reflections KW - Vaporization PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-458749 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.044 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 679 EP - 682 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-45874 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schriever, Sina A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Sommer, Konstantin A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Kriech- und Bruchverhalten von additiv hergestelltem austenitischem Stahl 316L. Vergleich zum konventionellen Werkstoff. N2 - Eine kritische Aufgabe im Rahmen der Etablierung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Performance-Beziehungen bei der additiven Fertigung (AM) von Metallen ist die Ermittlung von zuverlässigen und gut dokumentierten Kennwerten zum Materialverhalten sowie das Schaffen von Wissen über die Struktur-Eigenschafts-Korrelation. Schließlich ist dies die Grundlage für die Entwicklung gezielterer Prozessoptimierungen und zuverlässigerer Lebensdauer-Vorhersagen. In diesem Zusammenhang zielt dieser Beitrag darauf ab, Daten und Erkenntnisse über das Kriechverhalten des austenitischen Edelstahls 316L zu liefern, der mittels Laser-Powder-Bed-Fusion (L-PBF) hergestellt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Proben aus konventionellem warmgewalztem sowie AM-Material gemäß den bestehenden Normen für konventionelles Material geprüft und vor und nach dem Versagen mikrostrukturell charakterisiert. Die Probekörper wurden aus einzelnen Blöcken des AM-Materials gefertigt. Die Blöcke wurden mit einer Standard-Scan- und Aufbaustrategie hergestellt und anschließend wärmebehandelt. Das Kriechverhalten wird anhand der Kriechlebensdauer und ausgewählter Kriechkurven und Kennwerte beschrieben und vergleichend bewertet. Der Einfluss von Defekten und Mikrostruktur auf das Materialverhalten wird anhand von zerstörenden und zerstörungsfreien Auswertungen an ausgewählten Proben analysiert. Der AM-Werkstoff zeigt kürzere Kriechlebensdauern, erreicht das sekundäre Kriechstadium deutlich schneller und bei geringerer Dehnung und weist eine geringere Kriechduktilität im Vergleich zu seinem konventionellen Gegenstück auf. Das Kriechschädigungsverhalten des AM-Werkstoffs ist eher mikrostruktur- als defektgesteuert und ist durch die Bildung intergranularer Kriechrisse gekennzeichnet. Als kritische Merkmale werden die Versetzungsdichte sowie die Versprödung der Korngrenzen identifiziert. Die Mikro-Computertomographie (µCT) erweist sich als Alternative zur Metallographie, um die Kriechschädigung zu analysieren. T2 - Sitzung des DGM-Arbeitskreises Mechanisches Werkstoffverhalten bei hoher Temperatur CY - Online meeting DA - 07.10.2020 KW - 316L KW - Kriechen KW - Additive Fertigung KW - Mikrostruktur KW - Mikro-Computertomographie PY - 2020 AN - OPUS4-51824 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Mohr, Gunther A1 - Baesso, Ilaria A1 - Straße, Anne A1 - Pittner, Andreas A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Seeger, Stefan A1 - Nazarzadehmoafi, Maryam A1 - Ehlers, Henrik A1 - Gohlke, Dirk A1 - Homann, Tobias A1 - Scheuschner, Nils A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Heinrich, P. A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Process monitoring of additive manufacturing of metals - an overview of the project ProMoAM N2 - The project ProMoAM is presented. The goal of the project is to evaluate which NDT techniques or combination of techniques is suited for in-situ quality assurance in additive manufacturing of metals. To this end, also 3d-data fusion and visualization techniques are applied. Additional ex-situ NDT-techniques are used as references for defect detection and quantification. Feasability studies for NDT-techniques that are presently not applicable for in-situ use are performed as well. The presentation gives a brief overview of the whole project and the different involved NDT-techniques. T2 - Workshop od Additive Manufacturing: Process, materials, simulation & implants CY - Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Additive manufacturing KW - Process monitoring KW - NDT PY - 2019 AN - OPUS4-48087 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Hilgenberg, Kai 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 - Hilgenberg, Kai A1 - Spranger, Felix T1 - Localized laser surface treatments of metals: State of the art and new developments N2 - Localized laser surface treatments are able to produce tailor-made surface properties to fulfill requirements of a variety of technical applications. Especially micrometric surface topologies can be beneficial for optimizing tribological contact situations. Structures with lowered surface features are already utilized for bearings or cylinders of combustion engines. There are also other fields of application, where the potential of protruding surface features is known, e. g. for metal forming tools. A promising approach for a tailored surface treatment working in the microsecond range is the localized dispersing of hard ceramic particles by pulsed laser radiation, the so-called laser implantation. This technique is able to produce micrometric surface structures and to improve simultaneously the wear resistance by creating metal matrix composites. In this talk, the laser implantation technique is described and compared to the state of the art. The potential to adjust the geometry as well as the mechanical properties of laser implanted surfaces is demonstrated by means of microstructural and topographical investigations of different ceramic materials and steel substrates. Finally, results of research projects are presented aiming on the application of such structured surfaces. Their capability to change and optimize friction and wear are demonstrated for fully lubricated contacts, tools for hot sheet metal forming and tools for cold rolling of sheets for automotive applications. T2 - 10th International Conference on Laser Applications (ICLA 10) CY - Cairo, Egypt DA - 23.11.2019 KW - Tool steel KW - Laser implantation KW - Laser surface texturing KW - Laser dispersing PY - 2019 AN - OPUS4-49959 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Localized Laser Dispersing of Titanium-Based Particles for Improving the Tribological Performance of Hot Stamping Tools N2 - Within the scope of this work, a new surface engineering technology named laser implantation has been investigated, in order to improve the tribological performance of hot stamping tools. This technique is based on manufacturing highly wear-resistant, separated, and elevated microfeatures by embedding hard ceramic particles into the tool surface via pulsed laser radiation. Hence, the topography and material properties of the tool are modified, which influences the thermal and tribological interactions at the blank-die interface. To verify these assumptions and to clarify the cause–effect relations, different titanium-based particles (TiB2, TiC, TiN) were laser-implanted and subsequently analyzed regarding to their geometrical shape and mechanical properties. Afterwards, quenching tests as well as tribological experiments were carried out by using titanium-diboride as the most promising implantation material for reducing the tribological load due to high hardness value of the generated implants. Compared to conventional tooling systems, the modified tool surfaces revealed a significantly higher wear resistance as well as reduced friction forces while offering the possibility to adjust the thermal interactions at the blank-die interface. Based on these results, a tailored tool surface modification can be pursued in future research work, in order to enhance the effectiveness of the hot stamping technology. KW - Hot stamping KW - Tribology KW - Surface modification KW - Localized laser dispersing PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-510981 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp4030068 VL - 4 IS - 3 SP - 68 PB - MDPI AN - OPUS4-51098 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Localized dispersing of TiB2 and TiN particles via pulsed laser radiation for improving the tribological performance of hot stamping tools N2 - The aim of this study is to increase the tribological performance of hot stamping tools by using a laser implantation process. This technique allows the fabrication of separated, elevated and dome-shaped microfeatures on the tool surface in consequence of a localized dispersing of ceramic particles via pulsed laser radiation. Hence, the topography and material properties of the tool are modified, which influences the tribological interactions at the blank-die interface. However, an appropriate selection of ceramic particles is an essential prerequisite, in order to obtain tailored and highly wear resistant surface features. In this regard, different titanium-based hard particles (TiB2 and TiN) were laser-implanted on hot working tool specimens and subsequently tested by means of a modified pin-on-disk test regarding to their wear and friction behavior. KW - Surface modification KW - Tribology KW - Laser implantation KW - Hot working tool steel KW - Hot stamping PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514171 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.069 VL - 94 SP - 901 EP - 904 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51417 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Sommer, Konstantin A1 - Mohr, Gunther A1 - Fritsch, Tobias A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Evans, Alexander A1 - Hofmann, Michael A1 - Bruno, Giovanni T1 - Separation of the Formation Mechanisms of Residual Stresses in LPBF 316L N2 - Rapid cooling rates and steep temperature gradients are characteristic of additively manufactured parts and important factors for the residual stress formation. This study examined the influence of heat accumulation on the distribution of residual stress in two prisms produced by Laser Powder Bed Fusion (LPBF) of austenitic stainless steel 316L. The layers of the prisms were exposed using two different border fill scan strategies: one scanned from the centre to the perimeter and the other from the perimeter to the centre. The goal was to reveal the effect of different heat inputs on samples featuring the same solidification shrinkage. Residual stress was characterised in one plane perpendicular to the building direction at the mid height using Neutron and Lab X-ray diffraction. Thermography data obtained during the build process were analysed in order to correlate the cooling rates and apparent surface temperatures with the residual stress results. Optical microscopy and micro computed tomography were used to correlate defect populations with the residual stress distribution. The two scanning strategies led to residual stress distributions that were typical for additively manufactured components: compressive stresses in the bulk and tensile stresses at the surface. However, due to the different heat accumulation, the maximum residual stress levels differed. We concluded that solidification shrinkage plays a major role in determining the shape of the residual stress distribution, while the temperature gradient mechanism appears to determine the magnitude of peak residual stresses. T2 - MLZ User Meeting 2020 CY - Online meeting DA - 08.12.2020 KW - Computed tomography KW - Neutron diffraction KW - X-ray diffraction KW - Additive manufacturing KW - Residual stress KW - Thermography KW - LPBF KW - Laser Powder Bed Fusion PY - 2020 AN - OPUS4-51793 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Mohr, Gunther T1 - µCT as Benchmark for Online Process Monitoring N2 - µCT is used to validate the capability of online monitoring for in-situ detection of defects during the L-PBF build process, which is a focus of the TF project ProMoAM. Our first experiments show that online monitoring using thermography and optical tomography cameras are able to detect defects in the built part. But further research is needed to understand root cause of the correlation. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Computed tomography KW - Online Process Monitoring KW - Additive Manufacturing KW - Powder Bed Fusion KW - Selected Laser Melting PY - 2019 AN - OPUS4-48073 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Thermografische Prozessüberwachung bei der BAM – Additive Fertigung von Metallen N2 - Vorstellung des TF-Projektes ProMoAM und von Ergebnissen des in-situ Monitorings mit Thermografie T2 - Sitzung des VDI-GPL-FA 105.2 Additive Manufacturing-Metalle CY - Online meeting DA - 27.02.2019 KW - Additive manufacturing KW - In situ Monitoring KW - Thermograhy PY - 2019 AN - OPUS4-53534 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Überblick und Beispiele zur additiven Fertigung N2 - Im Vortrag wird in die Grundlagen der additiven Fertigungsverfahren eingeführt und dies für metallbasierte Verfahren vertieft. Es werden zudem aktuelle industrielle Anwendungsbeispiele aufgezeigt sowie Forschungsbedarfe und Herausforderungen benannt. T2 - DVS-Bezirksverbandstreffen Berlin CY - Berlin, Germany DA - 28.02.2018 KW - Additive Fertigung KW - Additive manufacturing KW - Laserstrahlschmelzen PY - 2018 AN - OPUS4-46003 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Thiede, Tobias A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Mohr, Gunther A1 - Evans, Alexander A1 - Bruno, Giovanni T1 - How Temperature Gradient Influences the Formation of Residual Stresses in Metallic Parts Made by L-PBF N2 - Rapid cooling rates and steep temperature gradients are characteristic of additively manufactured (AM) parts and important factors for residual stress formation which have implications on structural integrity. This study examined the influence of heat input on the distribution of residual stresses in two prisms produced by laser powder bed fusion (L-PBF) of austenitic stainless steel 316L. The layers of the prisms were exposed using two distinct helix scanning strategies: one scanned from the centre to the perimeter and the other from the perimeter to the centre. Residual stresses were characterised at one plane perpendicular to the building direction at half of its build height using neutron diffraction. In addition, the defect distribution was analysed via micro X-ray computed tomography (µCT) in a twin specimen. Both scanning strategies reveal residual stress distributions typical for AM: compressive stresses in the bulk and tensile stresses at the surface. However, temperature gradients and maximum stress levels differ due to the different heat input. Regarding the X-ray µCT results, they show an accumulation of defects at the corners where the laser direction turned through 90°. The results demonstrate that neutron diffraction and X-ray µCT can be successfully used as non-destructive methods to analyse through-thickness residual stress and defect distribution in AM parts, and in the presented case, illustrate the influence of scanning strategies. This approach contributes to deeper assessment of structural integrity of AM materials and components. T2 - First European Conference on Structural Integrity of Additively Manufactured Materials (ESIAM19) CY - Trondheim, Norwegen DA - 09.09.2019 KW - AGIL KW - Neutron diffraction KW - Thermography KW - Additive manufacturing KW - Residual stress PY - 2019 AN - OPUS4-49805 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Mohr, Gunther T1 - The Influence of the Temperature Gradient on the Distribution of Residual Stresses in AM AISI 316L N2 - Steep temperature gradients and solidification shrinkage are the main contributors to the formation of residual stresses in additively manufactured metallic parts produced by laser beam melting. The aim of this work was to determine the influence of the temperature gradient. Diffraction results show a similar pattern for both specimens, indicating the shrinkage to be more dominant for the distribution of residual stresses than the temperature gradient. Thermography results imply that a higher energy input result in higher compressive residual stresses in the bulk. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Computed tomography KW - Online Process Monitoring KW - Additive Manufacturing KW - Powder Bed Fusion KW - Selected Laser Melting KW - Neutron Diffraction PY - 2019 AN - OPUS4-48075 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserstrahlschweißen dicker Stahlplatten mit elektromagnetischer Schmelzbadunterstützung N2 - Das bislang zur Vermeidung unzulässiger Wurzelüberhöhungen beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen bzw. austenitischem Stahl eingesetzte Verfahren der elektromagnetischen Schmelzbadstütze konnte innerhalb der vorliegenden Untersuchung erfolgreich zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von ferromagnetischen Stählen übertragen werden. Es wurden dabei Laserstrahlschweißversuche in PA-Position an bis zu 20 mm dickem Duplexstahl 1.4462 sowie Baustahl S235JR durchgeführt. Unter konstanten Schweißparametern wurden Durchschweißungen generiert. Dem hydrostatischen Druck wurde unter Verwendung der Technologie zur elektromagnetischen Schmelzbadunterstützung durch Variation der Oszillationsfrequenz und der AC-Leistung des Magnetsystems entgegengewirkt. Zunächst konzentrierten sich die Versuche auf den Duplexstahl 1.4462, welcher jeweils aus 50 % Ferrit und Austenit besteht. Hierbei konnte festgestellt werden, dass zur idealen Kompensation von 15 mm bei einer Frequenz von 1,7 kHz eine AC-Leistung von 1,6 kW erforderlich ist, die Schweißnähte aber bereits bei einer AC-Leistung von ca. 0,8 kW in die Bewertungsgruppe B der DIN EN ISO 13919-1:1996-09 eingeordent werden können. Zur idealen Kompensation des hydrostatischen Druckes bei 20 mm dickem Duplexstahl war eine um 20 % höhere AC-Leistung notwendig. Im Anschluss an die Versuche mit dem Duplexstahl wurden die Untersuchungen auf bis zu 20 mm dicke Proben aus Baustahl S235JR erweitert. Für 15 mm konnten die Schweißnähte bei einer Frequenz von 1,7 kHz ab einer AC-Leistung von 1,3 kW in die Bewertungsgruppe B eingeordnet werden. Zur idealen Kompensation von 20 mm dickem Baustahl war eine AC-Leistung von 1,6 kW bei einer Frequenz von 636 Hz nötig. Mit steigender AC-Leistung konnte in allen Versuchsreihen eine sukzessive Verringerung der Wurzelüberhöhung demonstriert werden. T2 - Assistentenseminar 2016 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Paewesin, Germany DA - 05.09.2016 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Laserstrahlschweißen KW - Ferromagnetischer Stahl PY - 2018 SN - 978-3-96144-025-2 VL - 339 SP - 38 EP - 43 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-44302 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Mohr, Gunther A1 - Straße, Anne A1 - Oster, Simon A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Infrared Thermography of the DED-LB/M and PBF LB/M processes N2 - Infrared thermography is a technique that allows to measure the temperatures of objects by analyzing the intensity of the thermal emission without the need of direct contact with very high spatial and temporal resolution. As the temperature is a fundamental factor for the additive manufacturing processes of metals, infrared thermography can provide experimental data that can be used for the validation of simulations and improving the understanding of the processes as well as for in-situ process monitoring for nondestructive evaluation (NDE) for quality control. In this talk we will provide an overview over the possibilities of state of the art thermographic in-situ monitoring systems for the DED-LB/M and PBF-LB/M processes and the challenges such as phase transitions and unknown emissivity values in respect to the determination of real temperatures. We define the requirements for different camera systems in various configurations and give examples on the selection of appropriate measurement parameters and data acquisition techniques as well as on techniques for data analysis and interpretation. Finally, we compare in-situ monitoring methods against post NDE methods by analyzing the advantages and disadvantages of both. This research was funded by BAM within the Focus Area Materials. T2 - Coupled2021 - IX International Conference on Coupled Problems in Science and Engineering CY - Online meeting DA - 13.06.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Thermography KW - Direct Energy Deposition PY - 2021 AN - OPUS4-54399 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Verfahrensentwicklung für die Prozessüberwachung in der additiven Fertigung - Thermografie N2 - Aktuell werden Prozessmonitoringsysteme in der additiven Fertigung (AM) zur Überwachung der Energiequelle, des Bauraums, des Schmelzbades und der Bauteilgeometrie zumindest im metallbasierten AM schon kommerziell angeboten. Weitere Verfahren aus den Bereichen der Optik, Spektroskopie und zerstörungsfreien Prüfung werden in der Literatur als geeignet für die in-situ Anwendung bezeichnet, es finden sich aber nur wenige Berichte über konkrete Umsetzungen in die Praxis. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat ein neues Projekt gestartet, dessen Ziel die Entwicklung von Verfahren des Prozessmonitorings zur in-situ Bewertung der Qualität additiv gefertigter Bauteile in AM-Prozessen mit Laser- bzw. Lichtbogenquellen ist. Verschiedene Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung, wie Thermografie, optische Tomografie, optische Emissionsspektroskopie, Wirbelstromprüfung und Laminografie werden in verschiedenen AM-Prozessen zum Einsatz gebracht und die Ergebnisse fusioniert. Die evaluierten Ergebnisse werden mit Referenzverfahren wie Computertomografie und Ultraschall-Tauchtechnik verglichen. Ziel ist eine deutliche Reduzierung aufwändiger und zeitintensiver, zerstörender oder zerstörungsfreier Prüfungen nach der Fertigung des Bauteiles und zugleich eine Verringerung von Ausschussproduktion. Hier wird das Projekt als Ganzes vorgestellt und der Fokus auf verschiedene Methoden der Temperaturmessung mit Hilfe der Thermografie gelegt. Anforderungen an die Messtechnik für verschiedene AM-Systeme werden diskutiert und erste experimentelle Ergebnisse werden präsentiert. T2 - Innotesting 2019 CY - Wildau, Germany DA - 21.02.2019 KW - Additive Fertigung KW - Thermografie KW - Prozessüberwachung PY - 2019 AN - OPUS4-47457 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Anwendung der Laserimplantation zur Strukturierung verschleißgefährdeter Werkzeuge N2 - In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Aufrechterhaltung eines definierten Reibungs- und Verschleißverhaltens zwischen bewegten Oberflächen für die Sicherheit und Funktionalität eine entscheidende Rolle. Die Oberflächentechnik versucht durch geeignete Verfahren die Randschichten zu ertüchtigen, um Reibung und Verschleiß zu kontrollieren. Eine Verbesserung der Materialeigenschaften kann durch flächige Beschichtungen erreicht werden. Zusätzlich ermöglichen Oberflächenstrukturierungen breite Möglichkeiten zur Beeinflussung des Schmierungszustandes bzw. der Kontaktbedingungen. Neben Negativstrukturen bieten ebenfalls erhabene Mikrostrukturen großes Potenzial zur Beeinflussung des tribologischen Verhaltens. Ihr Einsatz ist aber aufgrund der besonderen Verschleißproblematik erhabener Strukturen momentan limitiert, so dass in der Regel zusätzliche verschleißreduzierende Beschichtungen notwendig werden. In diesem Beitrag wurde das Verfahren der Laserimplantation angewandt, mit dem erhabene und separierte Oberflächenstrukturen hoher Verschleißfestigkeit in einem Fertigungsschritt erzeugbar sind. Das Verfahren basiert auf einem lokalisierten Dispergieren von Hartstoffpartikeln. Hierfür wurde erstmalig ein gepulster Faserlaser mit hoher Strahlqualität zur Erzeugung punkt- und linienförmiger Mikrostrukturen angewandt. Versuche wurden auf dem Kaltarbeitsstahl X153CrMoV12 unter Anwendung von Titandiborid als Hartstoff durchgeführt. Anhand von Härtemessungen konnte gezeigt werden, dass sowohl punkt- als auch linienförmige Strukturen mit Härten über 1000 HV1 und einer feinkörnigen Mikrostruktur mit feinverteilten Hartstoffpartikeln herstellbar sind. Des Weiteren war es möglich, die Implantgeometrien, welche an Querschliffen und durch Weißlichtinterferometeraufnahmen erfasst wurden, durch die Pulsleistung und Pulsdauer zu steuern. T2 - 38. Assistentenseminar der WGF CY - Rabenau, Germany DA - 06.09.2017 KW - Laserimplantation PY - 2018 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 24 EP - 33 CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47295 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elektromagnetische Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckgusslegierungen N2 - Innerhalb der vorliegenden Untersuchung wurde ein elektromagnetisches Schmelzbadbeeinflussungssys-tem zur Reduktion des Porenanteils beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss verwendet. Hierbei wird der Unterschied der elektrischen Leitfähigkeiten zwischen Gas- bzw. Lufteinschlüssen und geschmolzenem Aluminium gezielt genutzt, um die im Schmelzbad eingeschlossenen Poren während des Laserstrahlprozesses zur Oberfläche zu verdrängen. Die dafür erforderlichen Lorentzkräfte werden durch ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt. Bei den Laserstrahlschweißversuchen handelt es sich um Ein-schweißungen in Wannenlage (PA-Position) von 6 mm dickem Aluminium-Druckguss AC-AlSi9MnMg. Über einen zuvor optimierten Laserschweißprozess wurde durch zusätzlichen Einsatz eines elektromag-netischen Feldes dessen Wirkung hinsichtlich des Porengehaltes und der Oberflächenrauheit untersucht. Die Auswertung der Schweißnähte erfolgte anhand von Querschliffaufnahmen, Röntgenbildern sowie Computer-Tomographie (CT) Aufnahmen. In Abhängigkeit von der verwendeten magnetischen Fluss-dichte konnte eine Reduktion des Porenanteils von bis zu 75 % erzielt werden, wobei vor allem großvolu-mige Poren erfolgreich aus dem Schmelzbad entfernt werden konnten. Zudem konnte eine Reduktion der Oberflächenrauigkeit von ebenfalls bis zu 75 % erreicht werden. T2 - Assistentenseminar 2017 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Rabenau bei Dresden, Sachsen, Germany DA - 06.09.2017 KW - Laserstrahlschweißen KW - Aluminium-Druckguss KW - Auftriebskräfte KW - Elektromagnetische Porenreduktion PY - 2019 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 103 EP - 110 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47622 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserimplantation von TiB2-Partikeln in X153CrMoV12 Kaltarbeitsstahl und ihr Einfluss auf die Materialeigenschaften N2 - Die Laserimplantation erlaubt die Herstellung verschleißbeständiger, erhabener Mikrostrukturen (Im-plants) auf Stahloberflächen, durch ein diskontinuierliches dispergieren von keramischen Partikeln mittels gepulster Laserstrahlung. Durch die flexible Anordnung separierter Implants zu komplexen Mustern erlaubt das Verfahren eine gezielte Oberflächenstrukturierung zur Beeinflussung des Reibungs- und Verschleißverhaltens. Insbesondere erwies sich Titandiborid (TiB2) als Implantationsmaterial für geeignet, da eine Manipulation der Implantgeometrie in einem breiten Bereich vorgenommen werden kann, ohne dass Materialdefekte, wie Risse oder Poren auftreten. Zudem weisen die Implants auf Kaltarbeitsstahlwerkzeugen Härtewerte von bis zu 1800 HV1 auf. Hierdurch lassen laserimplantierte Oberflächen eine deutlich höhere Verschleißbeständigkeit im Vergleich zu umschmelzstrukturierten Wirkflächen erwarten. Daher eignet sich das Verfahren insbesondere zur Strukturierung hochbelasteter Wirkflächen, wie sie an Umform- oder Schneidwerkzeugen zu finden sind. Ziel der Untersuchungen ist es, den Einfluss laserimplantierter TiB2-Partikel auf die Materialeigenschaften von X153CrMoV12 zu erkennen und geeignete Parameterbereiche zur Oberflächenstrukturierung zu identifizieren. Hierfür wurden im Rahmen der Arbeit die Laserparameter (Pulsleistung und -dauer) in einem breiten Parameterfeld variiert und vergleichende Untersuchungen an punktuell wiederaufgeschmolzenen Zonen sowie an TiB2 implantierten Zonen durchgeführt. High-Speed-Kameraaufnahmen ermöglichten die Beschreibung der Partikeleinbringung aus Vorbeschichtungen. Des Weiteren wurden an Schliffen (Mikro-) Härtemessungen durchgeführt, um die die Materialeigenschaften zu charakterisieren und den Einfluss der eingebrachten Hartstoffpartikel feststellen zu können. Die Materialmikrostruktur wurde abschließend an lichtmikroskopischen- sowie elektronenmikroskopischen Aufnahmen erfasst. Mithilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) sowie der Röntgendiffraktometrie (XRD) wurden die implantierten Bereiche hinsichtlich gebildeter Phasen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine reine Umschmelzstrukturierung zu einer deutlichen Reduktion der Oberflächenhärte aufgrund hoher Restaustenitgehalte (γR) führt. Im Gegensatz dazu führt das Laserimplantieren von TiB2-Partikeln zu einer deutlichen Härtesteigerung in den kuppel- oder ringförmigen Implants. Härtewerte von bis zu 1800 HV1 resultieren aus dispergierten TiB2-Primärpartikeln sowie in-situ ausgeschiedenen Sekundärphasen, durch die der Restaustenitanteil deutlich reduziert wird. T2 - Assistentenseminar der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. (WGF), Eupen (Belgien) 2018 CY - Eupen, Belgium DA - 13.09.2018 KW - Laserimplantation KW - Oberflächenstrukturierung KW - X153CrMoV12 KW - Titandiborid PY - 2018 AN - OPUS4-46089 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Straße, Anne A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Comparison of in-situ OES and Thermography in the LMD process N2 - In this talk optical emission spectroscopy (OES) and thermographic measurements of the Laser Metal Deposition Process (LMD) are presented. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Additive Manufacturing KW - Infrared Thermography PY - 2019 AN - OPUS4-48054 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Potenziale einer elektromagnetischen Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlschweißen N2 - EM-Schmelzbadunterstützung auch auf ferromagnetische Werkstoffe übertragbar Erfolgreiche Kompensation des hydrostatischen Drucks von bis zu 20 mm dicken Werkstücken aus Duplex- und Baustahl Erfolgreiche Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss unter EM-Einfluss von bis zu 75 % Flächenanteil Entfernung von großvolumigen Poren aus dem Schmelzbad Einige kleine metallurgische Poren verbleiben im Schmelzbad aufgrund des Volumen-Flächenverhältnisses Restporosität ist abhängig vom Ausgangsgasgehalt im Grundmaterial T2 - DVS-Fachtagung "Innovationen der Fügetechnik in Berlin und Brandenburg 2018" CY - BAM, Berlin, Germany DA - 11.10.2018 KW - Laserstrahlschweißen KW - Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung KW - Aluminium-Druckgusslegierung KW - Porenreduktion KW - Schmelzbadstütze KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Oszillierendes Magnetfeld PY - 2018 AN - OPUS4-46307 LA - deu 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 - Kempf, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einfluss der Porosität auf die Duktilitätseigenschaften von additiv gefertigtem AlSi10Mg N2 - Die Werkstoffeigenschaften im selektiven Laserstrahlschmelz-Verfahren hergestellter Bauteile werden von einer Vielzahl technologischer Parameter beeinflusst, sodass sich die Fertigungsgüte verschiedener Anlagen voneinander unterscheiden kann. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwiefern sich durch verschiedene nachgelagerte Wärmebehandlungen die Mikrostruktur und die quasistatischen Festigkeitseigenschaften von Proben aus der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, die mit verschiedenen Anlagen, Pulvern, Belichtungsstrategien und Prozessparametern gefertigt wurden, harmonisieren lassen. Die Versuche zeigten u.a., dass die erheblichen Festigkeitsunterschiede im Ausgangszustand unabhängig von der angewendeten Wärmebehandlungsroute aufgehoben wurden. Dennoch wurden signifikante Unterschiede in der Duktilität ermittelt. Anhand umfangreicher Bruchflächenanalysen konnte nachgewiesen werden, dass die in der Bruchfläche ermittelte Porosität eine lineare Korrelation zu der Bruchdehnung aufwies. T2 - 5. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Online meeting DA - 04.11.2020 KW - Duktilität KW - Additive Fertigung KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Festigkeit PY - 2020 AN - OPUS4-51656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther A1 - Scheuschner, Nils A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In situ heat accumulation by geometrical features obstructing heat flux and by reduced inter layer times in laser powder bed fusion of AISI 316L stainless steel N2 - Material qualification for laser powder bed fusion (L-PBF) processes are often based on results derived from additively manufactured (AM) bulk material or small density cubes, although it is well known that the part geometry has a tremendous influence on the heat flux and, therefore, on the thermal history of an AM component. This study shows experimentally the effect of simple geometrical obstructions to the heat flux on cooling behavior and solidification conditions of 316L stainless steel processed by L-PBF. Additionally, it respects two distinct inter layer times (ILT) as well as the build height of the parts. The cooling behavior of the parts is in-situ traced by infrared (IR) thermography during the built-up. The IR signals reveal significant differences in cooling conditions, which are correlated to differences in melt pool geometries. The acquired data and results can be used for validation of computational models and improvements of quality assurance. T2 - 11th CIRP Conference on Photonic Technologies (LANE 2020) CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Additive Manufacturing PY - 2020 AN - OPUS4-51255 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altenburg, Simon A1 - Scheuschner, Nils A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Thermography in laser powder bed fusion of metals: time over threshold as feasible feature in thermographic data N2 - Thermography is one on the most promising techniques for in-situ monitoring for metal additive manufacturing processes. The high process dynamics and the strong focus of the laser beam cause a very complex thermal history within the produced specimens, such as multiple heating cycles within single layer expositions. This complicates data interpretation, e.g., in terms of cooling rates. A quantity that is easily calculated is the time a specific area of the specimen is at a temperature above a chosen threshold value (TOT). Here, we discuss variations occurring in time-over-threshold-maps during manufacturing of a defect free cuboid specimen. T2 - 15th Quantitative InfraRed Thermography conference CY - Online meeting DA - 21.09.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Process monitoring KW - Thermography KW - L-PBF KW - Time over threshold PY - 2020 AN - OPUS4-51630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Kromm, Arne A1 - Bruno, Giovanni A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Using Neutron Diffraction to Monitor Stress Relaxation in Additively Manufactured 316L N2 - The relaxation of residual stress in laser powder bed fused stainless steel 316L parts was monitored using monochromatic and time-of-flight neutron diffraction. T2 - ISIS student meeting CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - Stainless Steel KW - Residual Stress KW - Additive Manufacturing PY - 2020 AN - OPUS4-51469 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Chaudhuri, Somsubrho A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, Rene A1 - Palumbo, Davide A1 - de Finis, Rosa A1 - Galietti, Umberto T1 - Thermographic Investigation of the Anisotropic Behaviour of Additively Manufactured AISI 316 Steel using DED-arc N2 - Additive manufacturing is one of the most promising techniques for industrial production and maintenance, but the specifics of the layered structure must be considered. The Direct Energy Deposition-Arc process enables relatively high deposition rates, which is favourable for larger components. For this study, specimens with different orientations were prepared from one AISI316 steel block – parallel and orthogonal to the deposition plane. Quasistatic tensile loading tests were carried out, monitored by an infrared camera. The obtained surface temperature maps revealed structural differences between both orientations. The consideration of surface temperature transients yields more details about the behaviour of the material under tensile loading than the conventional stress-strain-curve. These preliminary investigations were supplemented by thermographic fatigue trials. Although the anisotropy was also observed during fatigue loading the fatigue behaviour in general was the same, at least for both inspected specimens. The presented results demonstrate the abilities and the potential of thermographic techniques for tensile tests. T2 - 17th Quantitative Infrared Thermography Conference CY - Zagreb, Croatia DA - 01.07.2024 KW - Thermoelastic effect KW - Thermoplastic effect KW - Thermal stress analysis PY - 2024 AN - OPUS4-60574 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -