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Durch den großflächigen Einsatz der Computertomographie (CT) in unterschiedlichen Industriebereichen steigen auch die Anforderungen an die quantitative Bildanalyse. Subjektive Bildwahrnehmung muss durch objektive Algorithmen ersetzt werden. In diesem Artikel stellt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die seit den 1980er Jahren an der Entwicklung der industriellen CT beteiligt ist, anhand ausgewählter Beispiele den aktuellen Stand ihrer Analysemethoden an verschiedenen Anwendungsbeispielen der CT vor.
Die Schicht-für-Schicht additive Fertigung (AM) in Form des selektiven Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzens (SLM und EBM) bietet einerseits Vorteile bezüglich des Probendesigns, andererseits sind strukturelle Abweichungen von der nominellen Morphologie unvermeidbar. Beispielsweise führt das Abkühlen des fertigen Bauteils zu verringerten Abmessungen und angeschmolzene Pulverpartikel sorgen für unregelmäßige Oberflächen mit nicht vernachlässigbaren Rauigkeiten.
Im Fokus dieser Arbeit steht die computertomographische (CT) Untersuchung von IN625 Pulver und den daraus SLM-gefertigten Streben, Einheitszellen und Gitterstrukturen.
Mit Hilfe von Synchrotron – CT konnte das IN625 Pulver mit einer Voxelgröße von 0,5µm untersucht werden. Für die Untersuchung der daraus gefertigten verschiedenen Probengemetrien wurde Labor CT genutzt.
6 mm lange Streben variierten im Aufbauwinkel von 40° bis 90°. Der Unterschied zwischen Unter- und Oberseite während der Fertigung wird sowohl bei Porenverteilung als auch bei der Oberflächenrauigkeit deutlich. Ein Vergleich der Strebenabmessungen für die nominalen Durchmesser von 0,5 mm bis 3 mm zwischen CT and GOM zeigte keine signifikanten Differenzen.
Vier dieser Streben wurden zu einer bbc Einheitszelle zusammengefügt, welche sich wiederum zu den Gitterstrukturen ergänzen.
An einem Gitterwürfel (3x3x3 Einheitszellen) wurden In-Situ (Druck) CT bis 5kN durchgeführt. Mit einer Kraft von etwa 3kN erreichen wir den plastischen Bereich und beobachten zudem Strebenverzug.
Außerdem wurde ein Vergleich zu den CAD-Files wurde genutzt um einen möglichen Verzug während der Fertigung beurteilen zu können. Dafür wurden 4x4x4 cm³ Gitterstrukturen gebaut und evaluiert.
Mit diesen CT Messungen bestätigen wir eine signifikante Schrumpfung, die Bereits während der Fertigung berücksichtigt werden muss.
Die Schicht-für-Schicht additive Fertigung (AM) in Form des selektiven Laserschmelzens (SLM) bietet einerseits Vorteile bezüglich des Probendesigns, andererseits sind thermische Eigenspannungen (ES) aufgrund des hohen Temperaturgradienten unvermeidbar. Diese Eigenspannungen wurden in zwei SLM-gefertigten Proben aus IN718 zerstörungsfrei mit Neutronenstreuung hinsichtlich der folgenden zwei Einflüsse analysiert: der Einfluss der Hatch-Länge und das Abtrennen des Werkstücks von der Bauplatte. Begleitet wurden die Messungen der Eigenspannungen durch optische Mikroskopie und die taktile Vermessung der Oberfläche. Eine Korrelation zwischen den Eigenspannungen und der Hatch-Länge konnte beobachtet und erklärt werden.
Having been introduced almost two decades ago, Additive Manufacturing (AM) of metals has become industrially viable for a large variety of applications, including aerospace, automotive and medicine. Powder bed techniques such as Selective Laser Melting (SLM) based on layer-by-layer deposition and laser melt enable numerous degrees of freedom for the geometrical design. Developing during the manufacturing process, residual stresses may limit the application of SLM parts by reducing the load bearing capacity as well as induce unwanted distortion depending on the boundary conditions specified in manufacturing.
The residual stress distribution in IN718 elongated prisms produced by SLM was studied non-destructively by means of neutron (bulk) and laboratory X-ray (surface) diffraction. The samples with different scanning strategies, i.e. hatching length, were measured in as-build condition (on a build plate) and after removal from the build plate.
The absolute values of all stress components decreased after removal from the build plate. Together with surface scan utilizing a coordinate-measuring machine (CMM), it is possible to link the stress release to the sample distortion. Obtained results indicated different residual stress states for each of the transversal, longitudinal and normal component depending on the thermal gradient in the respective direction.
Im Fokus dieser Arbeit steht die computertomographische (CT) Untersuchung (Synchrotron- und Labor-CT) von IN625-Pulver und den daraus gefertigten Streben, welche wiederum zu Gitterstrukturen zusammengesetzt werden. Aufgrund der Filigranität wurde zur Fertigung dieser Proben das pulverbettbasierte selektive Laserschmelzen verwendet.
Porositätsanalysen und Größenverteilungen wurden für das Pulver bei einer rekonstruierten Voxelgröße von 0,5µm ermittelt. 6,0mm lange Streben variierten im Aufbauwinkel von 30° bis 90° zur Bauplattform und zeigten so den Unterschied zwischen Up- und Down-Skin hinsichtlich der Rauigkeit und Porenverteilung. Die Gitterstrukturen konnten in-situ mit bis zu 5,0kN belastet werden, um deren Verformung computertomographisch zu erfassen.
In this work, the structural integrity of LBM fabricated IN625 small cylinders (d = 1 mm, h = 6 mm) was investigated regarding the porosity and the surface roughness by means of computed tomography. The measurements were carried out on a GE v|tome|x L 300/180 with a reconstructed voxel size of 2 µm. The pores were analyzed for size, shape and spatial distribution. The correlation between compactness C and spatial distribution showed that elongated pores (C < 0.2) appear exclusively within a distance of 80 µm to the sample surface. The reconstructed surface was digitally meshed and unwrapped to evaluate the mean roughness Ra. Since the gravity correlates linearly with the sine of the build angle, the influence of gravity on porosity and surface roughness was determined.
Die Schicht-für-Schicht additive Fertigung (AM) in Form des selektiven Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzens (SLM und EBM) bietet einerseits Vorteile bezüglich des Probendesigns, andererseits sind strukturelle Abweichungen von der nominellen Morphologie unvermeidbar. Beispielsweise führt das Abkühlen des fertigen Bauteils zu verringerten Abmessungen und angeschmolzene Pulverpartikel sorgen für unregelmäßige Oberflächen mit nicht vernachlässigbaren Rauigkeiten.
Im Fokus dieser Arbeit steht die computertomographische (CT) Untersuchung von IN625 Pulver und den daraus SLM-gefertigten Streben, Einheitszellen und Gitterstrukturen.
Mit Hilfe von Synchrotron – CT konnte das IN625 Pulver mit einer Voxelgröße von 0,5µm untersucht werden. Für die Untersuchung der daraus gefertigten verschiedenen Probengemetrien wurde Labor CT genutzt.
6 mm lange Streben variierten im Aufbauwinkel von 40° bis 90°. Der Unterschied zwischen Unter- und Oberseite während der Fertigung wird sowohl bei Porenverteilung als auch bei der Oberflächenrauigkeit deutlich. Ein Vergleich der Strebenabmessungen für die nominalen Durchmesser von 0,5 mm bis 3 mm zwischen CT and GOM zeigte keine signifikanten Differenzen.
Vier dieser Streben wurden zu einer bbc Einheitszelle zusammengefügt, welche sich wiederum zu den Gitterstrukturen ergänzen.
An einem Gitterwürfel (3x3x3 Einheitszellen) wurden In-Situ (Druck) CT bis 5kN durchgeführt. Mit einer Kraft von etwa 3kN erreichen wir den plastischen Bereich und beobachten zudem Strebenverzug.
Außerdem wurde ein Vergleich zu den CAD-Files wurde genutzt um einen möglichen Verzug während der Fertigung beurteilen zu können. Dafür wurden 4x4x4 cm³ Gitterstrukturen gebaut und evaluiert.
Mit diesen CT Messungen bestätigen wir eine signifikante Schrumpfung, die Bereits während der Fertigung berücksichtigt werden muss.
Having been introduced almost two decades ago, Additive Manufacturing (AM) of metals has become industrially viable for a large variety of applications, including aerospace, automotive and medicine. Powder bed techniques such as Selective Laser Melting (SLM) based on layer-by-layer deposition and laser melt enable numerous degrees of freedom for the geometrical design. Developing during the manufacturing process, residual stresses may limit the application of SLM parts by reducing the load bearing capacity as well as induce unwanted distortion depending on the boundary conditions specified in manufacturing.
The residual stress distribution in IN718 elongated prisms produced by SLM was studied non-destructively by means of neutron (bulk) and laboratory X-ray (surface) diffraction. The samples with different scanning strategies, i.e. hatching length, were measured in as-build condition (on a build plate) and after removal from the build plate.
The absolute values of all stress components decreased after removal from the build plate. Together with surface scan utilizing a coordinate-measuring machine (CMM), it is possible to link the stress release to the sample distortion. Obtained results indicated different residual stress states for each of the transversal, longitudinal and normal component depending on the thermal gradient in the respective direction.
The layer-by-layer Additive Manufacturing (AM) by means of Selective Laser Melting (SLM) offers many prospects regarding the design of a part used in aeroplane components and gas turbines. However, structural deviations from the nominal morphology are unavoidable. The cooling of the finished part leads to shrinkage and a high surface roughness is induced by attached powder particles affecting the part volume too.
The integrity and load-bearing capacity of a SLM produced lattice structure (see Fig.1) has been investigated by means of in-situ X-ray computed tomography during compression. The lattice structure was compressed by 10 % in height with an applied maximum force of 5 kN. Additionally, a single strut has been investigated ex-situ as a component of the lattice structure. With the higher resolution achieved on the single strut, the pore distribution (size and location) as well as the surface roughness were assessed. One of the main results coming from the in-situ analysis was that the nodes were identified as the weakest points in the lattice structure.
There have been an increasing number of publications on flow chemistry applications of compact NMR. Despite this, there is so far no comprehensive workflow for the technical design of flow cells. Here, we present an approach that is suitable for the design of an NMR flow cell with an integrated static mixing unit. This design moves the mixing of reactants to the active NMR detection region within the NMR instrument, presenting a feature that analyses chemical reactions faster (5–120 s region) than other common setups. During the design phase, the targeted mixing homogeneity of the components was evaluated for different types of mixing units based on CFD simulation. Subsequently, the flow cell was additively manufactured from ceramic material and metal tubing. Within the targeted working mass flow range, excellent mixing properties as well as narrow line widths were confirmed in validation experiments, comparable to common glass tubes.
