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Das direkte Metall-Laser-Schmelzen (DMLS) aus der Familie der Additiven Fertigungsverfahren (AM) ermöglicht die schichtweise Erzeugung komplexer dreidimensionaler Geometrien mit hoher relativer Dichte unter Verwendung von Metallpulver als Ausgangsmaterial [1]. Die Technologie wird zunehmend eingesetzt, um innovative Bauteile material- und gewichtssparend herzustellen oder komplexe Produkte ohne zusätzliche Werkzeuge oder Spannvorrichtungen zu fertigen. Darüber hinaus sind Funktionsintegrationen, zum Beispiel Gussformen mit eingeprägten Kühlkanälen, möglich. Da einzelne Metallpulverschichten auf vorhergehende Schichten aufgeschmolzen werden, entstehen während der Herstellung des Bauteils komplexe, zeitabhängige Temperaturprofile [2]. Durch den Einsatz hoher Laserintensitäten und Scangeschwindigkeiten, bei denen die Belichtungszeit der Laserbestrahlung im Bereich von Millisekunden liegt, werden zudem extrem hohe Aufheiz- und Abkühlraten induziert, die zu einzigartigen Mikrostrukturen und Materialeigenschaften führen [3].
Diese extremen Prozessbedingungen können sich jedoch auch negativ auf den Fertigungsprozess auswirken. Bei komplexen Bauteilen bleibt die Prozessstabilität und Qualitätssicherung Umfragen zufolge weiterhin die wichtigste technologische Barriere für den Einsatz additiv gefertigter Bauteile in hochbelasteten oder sicherheitsrelevanten Bereichen [4]. Daher verspricht der Zusammenhang zwischen Temperaturprofil während der Fertigung, relativer Dichte der Bauteile, sowie thermophysikalischer Eigenschaften additiv gefertigter Proben wichtige Erkenntnisse, insbesondere im Hinblick auf eine zerstörungsfreie Qualitätssicherung, sowie neue Anwendungsmöglichkeiten.
Additive manufacturing (AM) has revolutionized production by offering design flexibility, reducing material waste, and enabling intricate geometries that are often unachievable with traditional methods. As the use of AM for metals continues to expand, it is crucial to ensure the quality and integrity of printed components. Defects can compromise the mechanical properties and performance of the final product. Non-destructive testing (NDT) techniques are necessary to detect and characterize anomalies during or post-manufacturing. Active thermography, a thermal imaging technique that uses an external energy source to induce temperature variations, has emerged as a promising tool in this field. This paper explores the potential of in-situ non-destructive testing using the processing laser of a PBF-LB/M setup as an excitation source for active thermography. With this technological approach, artificially generated internal defects underneath an intact surface can be detected down to a defect size of 350 μm – 450 μm.
Werkstoffkennwertermittlung bei mikroimpulsgeschweißten dünnwandigen Titanblechen aus Ti-6Al-4V
(2025)
In dieser Arbeit wird das Mikroimpulsschweißverfahren der Firma Lampert Werktechnik GmbH (Micro Arc Welder) zur Verbindung dünnwandiger Titanbleche (Ti-6Al-4V, 1 mm) untersucht. Ziel ist es, den Einfluss des reduzierten Wärmeeintrags auf Festigkeit und Duktilität zu bewerten. Die Ergeb-nisse zeigen, dass die Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Schweißverbindungen signifikant gegenüber dem Grundmaterial reduziert sind (-50 % Festigkeit, -93 % Dehnung). Mit Zusatzmaterial durchge-schweißte Proben zeigen bessere mechanische Eigenschaften als stumpf verschweißte. Trotz der sprö-den Gefüge weisen durchgeschweißte Proben im Biegeversuch eine höhere Maximalkraft vor dem Bruch auf als Referenzbleche, was Potenzial für spezielle Anwendungen mit begrenztem Wärmeeintrag bietet.
Laser powder bed fusion of metal has emerged as a key technology in additive manufacturing, enabling the production of intricate, high-performance metal components directly from digital designs. However, challenges such as dimensional inaccuracies and internal defects continue to hinder its broader industrial application. Addressing these limitations requires enhanced process monitoring and control strategies. This study introduces an innovative process monitoring system, designed to improve defect detection and process control. By employing a dual scan head configuration, enabling precise and independent path planning of the laser and the measurement field of an infrared camera, the Synchronized Path Infrared Thermography (SPIT) setup utilizes the principle of exploiting differences in cooling behavior to identify subsurface defects. Pre-printed samples with embedded cylindrical defects ranging from 300 to 1000 μm in diameter are used and an additional layer of powder is applied and fused within the experimental setup. The volumetric energy density and scanning speed are varied to analyze their influence on process monitoring reliability. The sensor scan head is synchronized with the laser scan head’s movements, while the infrared camera captures thermal radiation at 1904 fps. The results demonstrate the system’s capability to detect subsurface defects with a minimum size of 356 µm.
