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Vergleich der Messungen der Schmelzbadtemperatur bei der Additiven Fertigung von Metallen mittels IR-Spektroskopie und Thermografie

Comparison of measurements of the melt pool temperature during the additive production of metals by means of IR spectroscopy and thermography

  • Im Rahmen des Themenfeldprojektes „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) evaluiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) gegenwärtig die Anwendbarkeit verschiedenster ZfP-Verfahren zur in-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung (AM) von Metallen in Hinblick auf die Qualitätssicherung. Einige der wichtigsten Messgrößen sind hierbei die Temperatur des Schmelzbades und die Abkühlrate, welche starken Einfluss auf das Gefüge und die Eigenspannung haben. Aufgrund der Zugänglichkeit zum Werkstück während des Bauprozesses bieten sich optische Verfahren zu Temperaturbestimmung an. Hierbei stellen jedoch u. a. die hohe Bandbreite der zu messenden Temperaturen, die Bestimmung der Emissivität und ihre Änderung bei Phasenübergängen der verwendeten Legierung große experimentelle Herausforderungen dar. Eine weitere Herausforderung stellt für die IR-Spektroskopie die Absorption durch das Schutzgas und weitere optische Elemente dar. Um diese auch in einem industriellenIm Rahmen des Themenfeldprojektes „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) evaluiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) gegenwärtig die Anwendbarkeit verschiedenster ZfP-Verfahren zur in-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung (AM) von Metallen in Hinblick auf die Qualitätssicherung. Einige der wichtigsten Messgrößen sind hierbei die Temperatur des Schmelzbades und die Abkühlrate, welche starken Einfluss auf das Gefüge und die Eigenspannung haben. Aufgrund der Zugänglichkeit zum Werkstück während des Bauprozesses bieten sich optische Verfahren zu Temperaturbestimmung an. Hierbei stellen jedoch u. a. die hohe Bandbreite der zu messenden Temperaturen, die Bestimmung der Emissivität und ihre Änderung bei Phasenübergängen der verwendeten Legierung große experimentelle Herausforderungen dar. Eine weitere Herausforderung stellt für die IR-Spektroskopie die Absorption durch das Schutzgas und weitere optische Elemente dar. Um diese auch in einem industriellen Umfeld kompensieren zu können, wurde eine Methode entwickelt, die das gemessene Spektrum bei der Verfestigung des Werkstoffes als Referenz nutzt. In diesem Beitrag wird die Anwendung dieser Methode für die IR-Spektrometrie als auch Thermografische Messungen beim Laser-Pulver-Auftragschweißen von 316L gezeigt, wobei beide Methoden weiterhin in Hinblick auf ihre individuellen Vor- und Nachteile miteinander verglichen werden.zeige mehrzeige weniger
  • Within the topic area project “Process Monitoring of AM” (ProMoAM) the Federal Institute for Materials Research and Testing is currently evaluating the applicability of various NDT methods for in-situ process Monitoring in the additive manufacturing (AM) of metals with regard to quality assurance. Two of the most important variables to measure are the temperature of the molten pool and the cooling rate, which have a strong influence on the microstructure and the residual stress. Due to the accessibility of the workpiece during the construction process, optical methods for temperature determination are suitable. However, the wide range of temperatures to be measured, the determination of emissivity and its change during phase transitions of the alloy pose great experimental challenges. Another challenge for IR spectroscopy is the absorption by the inert gas and other optical elements. In order to be able to compensate for this in an industrial environment, a method was developed whichWithin the topic area project “Process Monitoring of AM” (ProMoAM) the Federal Institute for Materials Research and Testing is currently evaluating the applicability of various NDT methods for in-situ process Monitoring in the additive manufacturing (AM) of metals with regard to quality assurance. Two of the most important variables to measure are the temperature of the molten pool and the cooling rate, which have a strong influence on the microstructure and the residual stress. Due to the accessibility of the workpiece during the construction process, optical methods for temperature determination are suitable. However, the wide range of temperatures to be measured, the determination of emissivity and its change during phase transitions of the alloy pose great experimental challenges. Another challenge for IR spectroscopy is the absorption by the inert gas and other optical elements. In order to be able to compensate for this in an industrial environment, a method was developed which uses the measured spectrum as a reference when the material is solidified. This paper shows the application of this method for IR spectrometry as well as thermographic measurements during laser powder cladding of 316L. Furthermore both methods are compared with respect to their individual Advantages and disadvantages.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Nils ScheuschnerORCiD, Simon AltenburgORCiD, Giuseppe Pignatelli, Christiane MaierhoferORCiD, Anne Straße, Igor B. GornushkinORCiD, Andrey GumenyukORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Deutsch
Titel des übergeordneten Werkes (Deutsch):tm – Technisches Messen
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.9 Chemische und optische Sensorik
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.0 Abteilungsleitung und andere
9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren
Verlag:De Gruyter
Verlagsort:Oldenburg
Jahrgang/Band:88
Ausgabe/Heft:10
Erste Seite:626
Letzte Seite:632
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Additive Fertigung; IR-Spektroskopie; Laser-Pulver-Auftragschweißen; Thermografie
Additive manufacturing; Direct Energy Deposition; IR-spectroscopy; Laser metal deposition; Thermography
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Additive Fertigung
DOI:10.1515/teme-2021-0056
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:21.07.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:27.09.2021
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