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 JF - Progress in materials science 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 - Schob, Daniela A1 - Tabin, Jakub A1 - Kowalko, Jakub A1 - Roszak, Robert A1 - Ziolkowski, Grzegorz A1 - Ziegenhorn, Matthias A1 - Hilgenberg, Kai 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 JF - Practical Metallography 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 - Scheuschner, Nils A1 - Heinrichsdorff, F. A1 - Gordei, A. A1 - Ehlers, Henrik A1 - Kochan, J. A1 - Jahangir, H. A1 - Pelkner, Matthias A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung von Metallen (PBF-LB /M) mittels TT und ET N2 - Durch die additive Fertigung ergeben sich durch die nun mögliche wirtschaftliche Fertigung hochgradig individueller und komplexer metallischer Bauteile in kleinen Stückzahlen bis hinunter zum Einzelstück für viele Industriebereiche ganz neue Möglichkeiten. Gleichzeitig entstehen jedoch neue Herausforderungen im Bereich der Qualitätssicherung, da sich auf statistischen Methoden beruhende Ansätze nicht anwenden lassen, ohne wiederum die Vorteile der Fertigung massiv einzuschränken. Eine mögliche Lösung für dieses Problem liegt in der Anwendung verschiedener In-situ-Überwachungstechniken während des Bauprozesses. Jedoch sind nur wenige dieser Techniken kommerziell verfügbar und noch nicht so weit erforscht, dass die Einhaltung strenger Qualitäts- und Sicherheitsstandards gewährleistet werden kann. In diesem Beitrag stellen wir die Ergebnisse einer Studie über mittels L-PBF gefertigte Probekörper aus der Nickelbasis-Superlegierung Haynes 282 vor, bei denen die Bildung von Defekten durch lokale Variationen der Prozessparameter wie der Laserleistung provoziert wurde. Die Proben wurden in-situ mittels Thermographie, optischer Tomographie, Schmelzbadüberwachung und Wirbelstromprüfung sowie ex-situ mittels Computertomographie (CT) überwacht, mit dem Ziel, die Machbarkeit und die Aussichten der einzelnen Methoden für die zuverlässige Erkennung der Bildung relevanter Defekte zu bewerten. T2 - DGZfP Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Thermografie KW - Additive Fertigung KW - Thermography PY - 2022 AN - OPUS4-55851 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Heinrichsdorff, F. A1 - Gordei, A. A1 - Ehlers, Henrik A1 - Kochan, J. A1 - Jahangir, H. A1 - Pelkner, Matthias A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-situ 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 A1 - Heinze, C. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Xu, Hongwu A1 - Scheuchner, Nils A1 - Mühlenweg, A. A1 - Odabasi, E. A1 - Rule, D. A1 - Hajduk, M. 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 - TY - JOUR A1 - Rehmer, Birgit A1 - Bayram, Faruk A1 - Ávila Calderon, Luis Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Elastic modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ti-6Al-4V, IN718 and AISI 316 L JF - Scientific Data N2 - This article reports temperature-dependent elastic properties (Young’s modulus, shear modulus) of three alloys measured by the dynamic resonance method. The alloys Ti-6Al-4V, Inconel IN718, and AISI 316 L were each investigated in a variant produced by an additive manufacturing processing route and by a conventional manufacturing processing route. The datasets include information on processing routes and parameters, heat treatments, grain size, specimen dimensions, and weight, as well as Young’s and shear modulus along with their measurement uncertainty. The process routes and methods are described in detail. The datasets were generated in an accredited testing lab, audited as BAM reference data, and are hosted in the open data repository Zenodo. Possible data usages include the verification of the correctness of the test setup via Young’s modulus comparison in low-cycle fatigue (LCF) or thermo-mechanical fatigue (TMF) testing campaigns, the design auf VHCF specimens and the use as input data for simulation purposes. KW - Elastic modulus KW - Young's modulus KW - Shear modulus KW - Additive manufacturing KW - AISI 316L KW - IN 718 KW - Ti-6Al-4V KW - Reference data KW - Temperature dependence PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-579716 DO - https://doi.org/10.1038/s41597-023-02387-6 VL - 10 IS - 1 SP - 1 EP - 9 PB - Springer Nature AN - OPUS4-57971 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Ehlers, Henrik A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther T1 - Monitoring additive manufacturing processes by using NDT methods N2 - In this presentation we discuss the online monitoring of metallic AM parts produced by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process by using optical, thermographic and electromagnetic methods. In a first approach we present the detection of defects generated during the process and discuss how to improve these methods for the optimization of design and production of metallic AM parts. T2 - ABENDI - Workshop CY - Online meeting DA - 19.11.2020 KW - Additive Fertigung PY - 2020 AN - OPUS4-52042 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Ehlers, Henrik A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther A1 - Nadammal, Naresh T1 - Monitoring additive manufacturing N2 - Additive manufacturing (AM) processes allow a high level of freedom in designing and producing components for complex structures. They offer the possibility of a significant reduction of the process chain. However, the large number of process parameters influence the structure and the behavior of AM parts. A thorough understanding of the interdependent mechanisms is necessary for the reliable design and production of safe AM parts. In this presentation we discuss the online monitoring of metallic AM parts produced by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process by using optical, thermographic and electromagnetic methods. In a first approach we present the detection of defects generated during the process and discuss how to improve these methods for the optimization of design and production of metallic AM parts. T2 - Conaendi&IEV 2021 CY - Online meeting DA - 10.03.2021 KW - Additive Fertigung PY - 2021 AN - OPUS4-52241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 T2 - Industrializing Additive Manufacturing Proceedings of AMPA2023 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 -