TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Bruno, Giovanni A1 - Buffière, J.-Y. A1 - Wegener, T. A1 - Niendorf, T. A1 - Wu, T. A1 - Zhang, X. A1 - Kashaev, N. A1 - Meneghetti, G. A1 - Hrabe, Nik A1 - Madia, Mauro A1 - Werner, Tiago A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Koukolikova, M. A1 - Prochazka, R. A1 - Dzugan, J. A1 - Möller, B. A1 - Beretta, S. A1 - Evans, Alexander A1 - Wagener, R. A1 - Schnabel, K. T1 - Damage tolerant design of additively manufactured metallic components subjected to cyclic loading: State of the art and challenges N2 - This article is an outcome of a workshop on Fatigue of Additive Manufactured Metallic Components jointly organized by the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) Berlin, Germany and the National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder, CO, U.S.A. The aim of the workshop was a comprehensive discussion of the specific aspects of additively manufactured (AM) components in regard to failure under cyclic loading. Undoubtedly, a better understanding and the further development of approaches for damage tolerant component design of AM parts are among the most significant challenges currently facing the use of these new technologies. This article presents a thorough overview of the workshop discussions. It aims to provide a review of the parameters affecting the damage tolerance of AM parts with special emphasis on the process parameters intrinsic to the AM technologies, the resulting defects and residual stresses. Based on these aspects, concepts for damage tolerant component design for AM are reviewed and critically discussed. KW - Additive manufacturing KW - Fatigue loading KW - Component assessment KW - Damage tolerance KW - Defects KW - Residual stresses PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100786 SN - 0079-6425 VL - 121 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-51937 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Teske, Tanita A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mauro, Madia A1 - Nielsen, S. A1 - Gärtner, F. A1 - Klassen, T. T1 - Untersuchung des Potenzials von Kaltgasspritzen für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile T1 - Investigation on the capability of cold-spray for repair of cyclically loaded components N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential des Verfahrens an der hochfesten Aluminiumlegierungen Al6061-T6 unter Anwendung von Stickstoff als kostengünstiges Prozessgas untersucht. Es wurden quasi-statische Zugversuche und einachsige Zeitfestigkeitsversuche mit besonderem Fokus auf das in-situ Kugelstrahlen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Im Ergebnis wurde die Verbesserung der Adhäsion zwischen Substrat und aufgebautem Werkstoff als entscheidendes Kriterium für eine Anwendbarkeit ermittelt. Die Laserstrukturierung von Substratoberflächen ist hierfür vielversprechend und wurde im Rahmen der Arbeit mittels Adhäsionsversuchen untersucht. N2 - Repair by cold-spray is a promising alternative to the costly replacement of flawed components in aerospace applications. In the present work this process was investigated on the high-strength aluminum alloy Al6061-T6. For the cold-spray process, inexpensive Nitrogen was used as process-gas. Quasi-static tensile and highcycle- fatigue tests (HCF) were performed, focusing on in-situ shot peening to improve the mechanical properties of the repaired part. An improved adhesion between substrate and built-up material was identified as a key-factor for the applicability of the process. Under this respect laser-structuring of the substrate surface was applied and its effect on the mechanical performance of the restored samples were examined by adhesion tests. T2 - 9. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Stuttgart, Germany DA - 06.11.2024 KW - Kaltgasspritzen KW - cold-spray KW - Reparatur KW - Repair KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Fatigue KW - Luft- und Raumfahrt KW - Aerospace KW - Substratvorbehandlung KW - Substrate pre-treatment PY - 2024 DO - https://doi.org/10.48447/ADD-2024-BB VL - 409 SP - 67 EP - 79 AN - OPUS4-63182 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Waske, Anja T1 - A unique Authenticator for additively manufactured parts N2 - Components produced using additive manufacturing can be marked for unique identification and secure authentication [1,2]. Serial numbers and machine-readable codes can be used to identify the component, and link digital product-related data (i.e., a digital product passport) to the actual components. The most prevailing solution consists of local process manipulation, such as printing a quick response (QR) code [3] or a set of blind holes on the surface of the internal cavity of hollow components. However, local manipulation of components may alter the properties, and external tagging features can be altered or even removed by post-processing treatments. This work therefore aims to provide a new methodology for identification, authentication, and traceability of additively manufactured (AM) components using microstructural features that are unique to each part. X-ray computed tomography (XCT) was employed to image the microstructural features of AlSi10Mg parts. Based on size and geometry, the most prominent features were selected to create a unique digital authenticator. We implemented a framework in Python using open-access modules that can successfully create a digital object authenticator using the segmented microstructure information from XCT. The authenticator is stored as a QR code, along with the 3D information of the selected features. T2 - DGM Additive Berlin 2024 CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - Additive Fertigung KW - Authentifizierung KW - Mikrostruktur PY - 2024 AN - OPUS4-60957 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schob, Daniela T1 - Comparative Analysis FFF vs. cold rolled 316L Samples N2 - This study provides insights into the properties of 316L stainless steel produced by additive manufacturing using fused filament fabrication (FFF). One key finding is particularly noteworthy: in significant contrast to cold-rolled 316L, FFF316L develops a pronounced martensite phase after fabrication. The comprehensive comparative analysis shows that FFF316L not only retains the ferrite volume content, but that this is also significantly influenced by the build-up direction. Despite the sintering process, which typically involves densification of the material, a pore volume fraction of 8.45 % remains, which influences the mechanical properties. Although FFF316L has lower elastic modulus and tensile strength values compared to cold-rolled 316L, its ductility is still competitive. The study further reveals that deformation-induced martensite forms at the intersections of the deformation twins and ferrite islands form at the grain boundaries during the compression and sintering phases. These findings highlight the challenges associated with FFF316L in specific application fields and signal the need to continue to carefully evaluate and improve the development of manufacturing technologies. T2 - 4th Symposium on Materials and Additive Manufacturing - Additive 2024 CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - Additive manufacturing KW - Fused Filament Fabrication KW - Computed Tomography KW - 316L Stainless Steel KW - Deformation-Induced Martensite PY - 2024 AN - OPUS4-60302 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schneider, M. A1 - Bettge, Dirk A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Binder, M. A1 - Dollmeier, K. A1 - Dreyer, M. A1 - Klöden, B. A1 - Schlingmann, T. A1 - Schmidt, J. T1 - Reproducibility and Scattering in Additive Manufacturing: Results from a Round Robin on PBF-LB/M AlSi10Mg Alloy T1 - Reproduzierbarkeit und Streuung bei der additiven Fertigung: Ergebnisse eines Ringversuchs mit einer PBF-LB/M AlSi10Mg-Legierung N2 - The round robin test investigated the reliability users can expect for AlSi10Mg additive manufactured specimens by laser powder bed fusion through examining powder quality, process parameter, microstructure defects, strength and fatigue. Besides for one outlier, expected static material properties could be found. Optical microstructure inspection was beneficial to determine true porosity and porosity types to explain the occurring scatter in properties. Fractographic analyses reveal that the fatigue crack propagation starts at the rough as-built surface for all specimens. Statistical analysis of the scatter in fatigue using statistical derived safety factors concludes that at a stress of 36.87 MPa the fatigue limit of 107 cycles could be reached for all specimen with a survival probability of 99.999 %. N2 - Im Rahmen eines Ringversuchs wurde durch die Untersuchung der Pulverqualität, der Prozessparameter, der Gefügefehler, der Festigkeit und der Ermüdung die Zuverlässigkeit bestimmt, die Nutzer von AlSi10Mg-Proben erwarten können, die mit pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laser (engl. Laser Powder Bed Fusion) gefertigt worden sind. Abgesehen von einem Ausreißer wurden die erwarteten statischen Materialeigenschaften erreicht. Eine optische Gefügeprüfung diente dazu, die tatsächliche Porosität und Arten von Porosität zu ermitteln, um die bei den Eigenschaften auftretende Streuung zu erklären. Fraktographische Unterschungen zeigen eine bei allen Proben von der rauen Oberfläche im As-built-Zustand ausgehende Ermüdungsrissausbreitung. Aus der statistischen Analyse der Streuung bezüglich der Ermüdung unter Anwendung von statistischen abgeleiteten Sicherheitsfaktoren geht hervor, dass alle Proben die Dauerfestigkeit von 107 Zyklen bei einer Spannung von 36,87 MPa mit einer Überlebenswahrscheinlichkeit von 99,999 % erreichten. KW - Additive manufacturing KW - Reproducibility KW - Reliability PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2022-1018 SN - 2195-8599 VL - 59 IS - 10 SP - 580 EP - 614 PB - De Gruyter AN - OPUS4-55935 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schmidt, Jonathan T1 - Hochaufgelöste visuelle In-situ Prozessüberwachung im PBF-LB/M N2 - Im Rahmen dieses Vortrags werden die bisherigen Arbeiten des Fachbereichs 9.6 zur hochauflösenden visuellen In-Situ Prozessüberwachung im pulverbettbasierten Schmelzen von Metall mittels Laserstrahl (PBF-LB/M) vorgestellt. Als Kamerasystem dient eine 65-Megapixel-Monochromkamera, die in eine kommerzielle PBF-LB/M-Maschine integriert wurde und eine räumliche Auflösung von 17,2 µm/Pixel erreicht. Zur Problemstrukturierung werden Defekte im PBF-LB/M als indirekte und direkte Defekte klassifiziert und ihre Erkennung anhand von Schichtbildern diskutiert. Zudem wird der Einfluss der Beleuchtungssituation auf die Erkennbarkeit von Defekten untersucht. Darüber hinaus wird der Kontrast der Grauwertmatrix als Indikator für das Vorliegen von Bindefehlern vorgestellt. T2 - 11. Mitteldeutsches Forum 3D-Druck in der Anwendung CY - Merseburg, Germany DA - 16.10.2024 KW - Additive manufacturing KW - Image processing KW - In-situ monitoring PY - 2024 AN - OPUS4-61376 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scheuschner, Nils A1 - Oster, Simon A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai 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). KW - Laser powder bed fusion KW - PBF-LB/M KW - Thermography KW - Additive manufacturing KW - NDT PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-610380 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2024.08.122 VL - 124 SP - 301 EP - 304 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-61038 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils 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 T1 - In-situ Monitoring of PBF-LB/M by thermography, optical tomography, melt-pool-monitoring and eddy current N2 - 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 LPBF process is characterized by a large number of influencing factors which can be hard to quantify. Machine Learning (ML) is a prominent tool to predict the outcome of complex processes on the basis of different sensor data. In this study, a ML model for defect prediction is created using thermographic image features as input data. As a reference, the porosity information calculated from an x-ray Micro Computed Tomography (µCT) scan of the produced specimen is used. Physical knowledge about the keyhole pore formation is incorporated into the model to increase the prediction accuracy. From the prediction result, the quality of the input data is evaluated and future demands on in-situ monitoring of LPBF processes are formulated. T2 - AM Bench 2022 CY - Bethesda, Washingthon DC, USA DA - 15.08.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Thermography KW - Additive Fertigung KW - Thermografie PY - 2022 AN - OPUS4-55854 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Räpke, Toni T1 - Geometrie- und Prozesseinflüsse auf lokale Bauteileigenschaften in der metallischen additiven Fertigung mittels Laserstrahlschmelzen N2 - Die mechanischen Eigenschaften und die Standardparametersätze werden im additiven Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) zumeist an Körpern ermittelt, die unter festen Randbedingungen gefertigt werden. In der Literatur wird allerdings von verschiedenen Autoren auf einen Einfluss von Geometrie und Prozess auf die resultierenden Eigenschaften hingewiesen [1, 2, 3]. Aufgrund des häufig großen Komplexitätsgrads von L-PBF Bauteilen und Prozessen, ist eine Abweichung angenommener Eigenschaften daher nicht auszuschließen. Das kann besonders für tragende und sicherheitsrelevante Komponenten kritisch sein und ist eine Herausforderung für die Qualitätssicherung. Aufwendige Trial-and-Error Versuche sind zumeist die Folge. Ein einheitliches und umfassendes Verständnis der Einflussfaktoren auf die resultierenden Eigenschaften im L-PBF Prozess ist zum aktuellen Stand nicht vorhanden. In diesem Vortrag werden erste Ergebnisse einer Studie vorgestellt, in der systematisch die Bandbreite möglicher Defekt- und Mikrostrukturvariationen in L-PBF Bauteilen am Beispiel der Nickelbasislegierung Haynes 282 untersucht wird. Aufbauend auf einer modellbasierten Beschreibung des lokalen Wärmehaushalts wurden Versuchspläne entwickelt, die eine Vielzahl möglicher Prozess- und Geometriekonfigurationen realer Anwendungen abbilden können. Zur Untersuchung des Geometrieeinflusses wurden typische Geometrieelemente komplexer Strukturen und deren Ausprägungen identifiziert. Prozessseitig wurden die Position im Bauraum, Schwankungen der Laserleistung, die Zwischenlagenzeit und die Belichtungsstrategie innerhalb der Schicht als typische Faktoren berücksichtigt. Die Zwischenlagenzeit bildet dabei Variationen im Bauraumfüllgrad ab. Die Belichtungsstrategie untersucht Effekte wie die Zwischenvektorzeit (engl. inter vector time, IVT) oder die lokale Vektorlänge. Die verschiedenen Konfigurationen wurden metallografisch bewertet. Die bisherigen Ergebnisse können einen Einfluss der Geometrie und des Prozesses auf die Defektbildung und die Mikrostruktur in L-PBF Bauteilen aufzeigen. Durch prozessbegleitende thermografische in situ Messungen konnte außerdem eine Abhängigkeit von lokalen und globalen Temperaturfeldern identifiziert werden. Die Erkenntnisse zeigen zudem, dass der geometrische Einfluss auf den lokalen Wärmehaushalt von Anordnung, Gestalt und Dimensionen der zweidimensionalen Belichtungsbereiche über die Aufbauhöhe abhängt. Das gewonnene Verständnis soll in die Entwicklung von Konstruktionsrichtlinien und Prüfkörpern einfließen, um Variationen lokaler Bauteileigenschaften in der zukünftigen Bauteil- und Prozessauslegung berücksichtigen zu können. T2 - 3. Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 11.05.2022 KW - Additive Fertigung KW - L-PBF PY - 2022 AN - OPUS4-55516 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -