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In-situ & in-operando additive manufacturing of engineering alloys

Bugelnig, Katrin und Wielenberg, Christoph und Chebab, Bechir und Shahani, Ravi und Pouzon, Camille und Martin, Guilhem und Lhuissier, Pierre und Gussone, Joachim und Haubrich, Jan und Sket, Federico und Pandey, Akshya und Cloetens, Peter und Hecht, Ulrike und da Silva, Julio Cesar und Upadhyay, Manas und Withers, Philip John und Easton, Mark und Chen, Yunhui und Rack, Alexander und Villanova, Julie und Boller, Elodie und Requena, Guillermo (2024) In-situ & in-operando additive manufacturing of engineering alloys. UBC Microstructure Seminar, 2024-12-03, Vancouver, Kanada.

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Kurzfassung

Laser-based metal additive manufacturing (LAM) techniques are innovative processes that permit the fabrication of near net-shaped metallic components with complex geometries However, there are still several scientific issues that need to be overcome in regards to understanding processing mechanisms and microstructure control. Moreover, the lack of metallic alloys tailored to the metallurgical conditions of LAM is still a critical bottleneck for the disruptive manufacturing technology of AM. Among LAM techniques, the two promising processing methods Laser Powder Bed Fusion (LPBF) and Laser Directed Energy Deposition Additive Manufacturing (L-DED) have been used for “quasi” in-situ synchrotron x-ray computed tomography and in-operando synchrotron x-ray radiography experiments on novel Al and Ti alloys tailored for AM. L-DED is one of the leading techniques for larger components and some specialist applications and has been recognised in international standards. The promise of L-DED is based on its high deposition rate compared to other LAM methods and its utility in the remanufacture, modification and repair of high value components. While initial laboratory investigations show that Ti-Fe alloys can achieve mechanical performance beyond that of conventional alloys, the fundamental mechanisms of strengthening, grain refinement and laser coupling need to be investigated to optimise processing. In-operando L-DED experiments for different variations of the Ti-Fe alloy system during synchrotron X-ray radiography were performed at the ESRF beamline ID19 with a frame rate of 20kHz. First results allowed to obtain information on the melt pool geometry, hot crack formation and healing below the melt pool, powder particle distribution as well as porosity inside the powder particles and their evolution inside the melt pool. LPBF is an innovative process that permits the fabrication of near net-shaped metallic components with complex geometries and higher material efficiency, typically replacing multiple conventional components with savings in material, tooling and assembly costs. The LPBF process for the novel structural Al-Fe-Zr alloy, Aheadd® CP1, by Constellium was investigated in-situ during synchrotron x-ray microtomography at the ESRF/BM18 beamline using a miniature LPBF machine. The data obtained provides information on defect morphology and size distribution, as well as build quality as a function of printing strategy and geometry. Moreover, information about the porosity history from layer to layer that cannot be easily obtained by other methods was acquired. It was observed that the LPBF process is a partially self-healing process, i.e., pores formed in one location can heal after a few more layers are built up, while other pores form. This experiment allows for the understanding of the underlying mechanisms and provides suitable data, such as morphology and distribution of defects depending on material, printing parameters and sample geometry, for the validation of AM simulation models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210232/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:In-situ & in-operando additive manufacturing of engineering alloys
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bugelnig, KatrinKatrin.Bugelnig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wielenberg, ChristophChristoph.Wielenberg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chebab, BechirConstelliumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shahani, RaviConstelliumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pouzon, CamilleSimapNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Martin, GuilhemSimapNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lhuissier, PierreSimapNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Sket, FedericoIMDEA Materials InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pandey, AkshyaIMDEA Materials InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cloetens, PeterESRF GrenobleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hecht, UlrikeACCESS eV, AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
da Silva, Julio CesarInstitut Néel CNRSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Upadhyay, ManasEcole PolytechniqueNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Withers, Philip JohnUniversity of ManchesterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Easton, MarkRMITNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, YunhuiRMITNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rack, AlexanderESRFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Villanova, JulieEuropean Synchrotron Radiation Facility (ESRF)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boller, ElodieEuropean Synchrotron Radiation Facility (ESRF)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:in-situ additive manufacturing, engineering alloys, in-situ synchrotron tomography, synchrotron fast radiography
Veranstaltungstitel:UBC Microstructure Seminar
Veranstaltungsort:Vancouver, Kanada
Veranstaltungsart:Andere
Veranstaltungsdatum:3 Dezember 2024
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische und hybride Werkstoffe
Hinterlegt von: Bugelnig, Katrin
Hinterlegt am:09 Dez 2024 09:35
Letzte Änderung:09 Dez 2024 09:35

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