Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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The prediction of porosity is a crucial task for metal based additive manufacturing techniques such as laser powder bed fusion. Short wave infrared thermography as an in-situ monitoring tool enables the measurement of the surface radiosity during the laser exposure. Based on the thermogram data, the thermal history of the component can be reconstructed which is closely related to the resulting mechanical properties and to the formation of porosity in the part. In this study, we present a novel framework for the local prediction of porosity based on extracted features from thermogram data. The framework consists of a data pre-processing workflow and a supervised deep learning classifier architecture. The data pre-processing
workflow generates samples from thermogram feature data by including feature information from multiple subsequent layers.
Thereby, the prediction of the occurrence of complex process phenomena such as keyhole pores is enabled. A custom convolutional neural network model is used for classification. Themodel is trained and tested on a dataset from thermographic in-situ monitoring of the manufacturing of an AISI 316L stainless steel test component. The impact of the pre-processing parameters and the local void distribution on the classification performance is studied in detail. The presented model achieves an accuracy of 0.96 and an f1-Score of 0.86 for predicting keyhole porosity in small sub-volumes with a dimension of (700 × 700 × 50) μm3. Furthermore, we show that pre-processing parameters such as the porosity threshold for sample
labeling and the number of included subsequent layers are influential for the model performance. Moreover, the model prediction is shown to be sensitive to local porosity changes although it is trained on binary labeled data that disregards the actual sample porosity.
Das pulverbettbasierte selektive Laserstrahlschmelzen (engl. laser powder bed fusion, L-PBF) ist die am weitesten verbreitete additive Fertigungstechnologie für die Herstellung metallischer Komponenten. Unter der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von L PBF-Bauteilen hat die Zwischenlagenzeit (engl. inter layer time, ILT) bisher kaum Beachtung in der wissenschaftlichen Literatur gefunden, obwohl sie je nach Bauraumausnutzungsgrad stark variieren kann. In diesem Vortrag werden Ergebnisse einer Studie präsentiert, die den Einfluss der ILT in Kombination mit der Bauteilhöhe und unter Berücksichtigung verschiedener Volumenenergiedichten am Beispiel der austenitischen Stahllegierung AISI 316L untersucht. Die Fertigungsprozesse wurden in situ mittels Thermographiekamera überwacht, sodass Informationen über das Abkühlverhalten der Bauteile während des Prozesses gewonnen werden konnten. Es wurden signifikante Effekte der ILT und der Bauteilhöhe auf Wärmeakkumulation, Mikrostruktur, Schmelzbadgeometrie und Härte festgestellt. Ferner konnte ein Anstieg von Defektdichten bei einem gegenseitigen Wechselspiel aus Bauteilhöhe und ILT aufgezeigt werden. Die Zwischenlagenzeit wurde somit als kritischer Faktor für die L-PBF-Fertigung von Realbauteilen identifiziert.