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Experimental Determination of the Emissivity of Powder Layers and Bulk Material in Laser Powder Bed Fusion Using Infrared Thermography and Thermocouples

  • Recording the temperature distribution of the layer under construction during laser powder bed fusion (L-PBF) is of utmost interest for a deep process understanding as well as for quality assurance and in situ monitoring means. While having a notable number of thermal monitoring approaches in additive manufacturing (AM), attempts at temperature calibration and emissivity determination are relatively rare. This study aims for the experimental temperature adjustment of an off-axis infrared (IR) thermography setup used for in situ thermal data acquisition in L-PBF processes. The temperature adjustment was conducted by means of the so-called contact method using thermocouples at two different surface conditions and two different materials: AISI 316L L-PBF bulk surface, AISI 316L powder surface, and IN718 powder surface. The apparent emissivity values for the particular setup were determined. For the first time, also corrected, closer to real emissivity values of the bulk or powder surfaceRecording the temperature distribution of the layer under construction during laser powder bed fusion (L-PBF) is of utmost interest for a deep process understanding as well as for quality assurance and in situ monitoring means. While having a notable number of thermal monitoring approaches in additive manufacturing (AM), attempts at temperature calibration and emissivity determination are relatively rare. This study aims for the experimental temperature adjustment of an off-axis infrared (IR) thermography setup used for in situ thermal data acquisition in L-PBF processes. The temperature adjustment was conducted by means of the so-called contact method using thermocouples at two different surface conditions and two different materials: AISI 316L L-PBF bulk surface, AISI 316L powder surface, and IN718 powder surface. The apparent emissivity values for the particular setup were determined. For the first time, also corrected, closer to real emissivity values of the bulk or powder surface condition are published. In the temperature region from approximately 150 °C to 580 °C, the corrected emissivity was determined in a range from 0.2 to 0.25 for a 316L L-PBF bulk surface, in a range from 0.37 to 0.45 for 316L powder layer, and in a range from 0.37 to 0.4 for IN718 powder layer.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Gunther Mohr, Susanna Nowakowski, Simon AltenburgORCiD, Christiane MaierhoferORCiD, Kai HilgenbergORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Metals
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.0 Abteilungsleitung und andere
9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basel, Schweiz
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:11
Erste Seite:1546
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Additive Manufacturing (AM); Emisssivity; Infrared thermography; Laser Powder Bed Fusion (L-PBF); Process monitoring; Selective Laser Melting (SLM)
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Additive Fertigung
DOI:10.3390/met10111546
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-516148
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:23.11.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:17.12.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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