Wir verwenden Cookies, um Ihr Erlebnis zu verbessern.Indem Sie weiter auf dieser Website surfen, stimmen Sie unserer Verwendung von Cookies zu.Mehr Info.In einem kürzlich in der Zeitschrift Additive Manufacturing Letters veröffentlichten Artikel diskutierten Forscher die Prozessüberwachung des thermischen Profils in Echtzeit während der Erstarrungsphase der lasergesteuerten Energieabscheidung von Aluminium.Studie: Prozessüberwachung des thermischen Profils während der Erstarrung bei der lasergesteuerten Energieabscheidung von Aluminium.Bildnachweis: Paolo Bernardotti Studio/Shutterstock.comDie schichtweise Fertigung von Bauteilen wird mit der additiven Fertigung (AM) erreicht, die zunehmend als praktische Methode zur Herstellung von Teilen nach Bedarf angesehen wird.Die lasergesteuerte Energieabscheidung (L-DED), eine der verschiedenen AM-Techniken, eignet sich zur Herstellung großer, komplizierter Komponenten für eine Vielzahl von Branchen.Der eigentliche Vorteil der schichtweisen Materialzugabe – erhöhte Gestaltungsfreiheit – bringt jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich, die mit lokaler Verfestigung und der möglichen Entstehung verschiedener Fehler verbunden sind.Aufgrund der Schwierigkeit, Temperaturmessungen in räumlicher und zeitlicher Auflösung durchzuführen und zu analysieren, werden Finite-Elemente-Simulationen typischerweise zur Quantifizierung von Isothermen oder zur Untersuchung der grundlegenden Erstarrungsgrößen verwendet.Schematische Darstellung der lokalen Erstarrungsfront während der L-DED-Herstellung.Die Bewegungsrichtung des Laserstrahls ist von links nach rechts (grüner Pfeil).Flüssiges Material wird durch die rote Farbe dargestellt, während festes Material weiß dargestellt wird.Die Schmelze erstarrt zwischen Liquidus-Isotherme (gestrichelte schwarze Linie) und Solidus-Isotherme (blaue Linie).Bildnachweis: Hagenlocher, C et al., Additive Manufacturing LettersIn mehreren neueren Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Infrarotbildgebung das Kriterium für eine zeit- und ortsaufgelöste Bewertung erfüllen kann.Der Großteil der beschriebenen Arbeiten beschränkt sich jedoch auf die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung einiger weniger spezifischer räumlicher Orte innerhalb des erfassten Temperaturfeldes.Die Mehrzahl der publizierten Studien beschäftigt sich nur mit dem Temperaturfeld an der Oberfläche des Schmelzbades und der Stromschicht.Die obere Oberfläche jeder Schicht wird im Fall einer dünnwandigen Konstruktion durch die benachbarte Schicht umgeschmolzen.Das im abgeschiedenen Bereich noch vorhandene Gefüge interessiert sich daher speziell für die Form- und Erstarrungsfaktoren entlang der gesamten Schichthöhe, insbesondere an der Unterseite des Schmelzbades.In dieser Studie analysierten die Autoren mithilfe von Infrarotbildgebung das sukzessive Hinzufügen separater Schichten sowohl in räumlicher als auch in zeitlicher Auflösung, was zu einem kumulativen Wärmeeintrag führte und eine konstante Temperaturverschiebung während des Baufortschritts verursachte, um Zugang zu einer gründlichen Untersuchung dieses Effekts zu erhalten.Die aktuelle Arbeit beschrieb eine Technik zur Überwachung der L-DED-Prozesszone, die eine bildbasierte Analyse verwendete.Der Algorithmus identifizierte die aktuellen Positionen des Schmelzbades und der Erstarrungszone in dem Moment, in dem die Prozesszone in das Sichtfeld der Infrarotkamera eintrat.Als L-DED unter Verwendung verschiedener Prozesseinstellungen hergestellt wurde, zeigten die gesammelten Isothermen, wie sich das Temperaturfeld änderte.Das Team diskutierte die Geometrie und Position der erfassten Isothermen, um die lokalen Erstarrungsraten und Temperaturgradienten abzuleiten.Der Vergleich der geografischen Verteilungen verschiedener Erstarrungsbedingungen zeigte, wie signifikant die Prozessparameter die Erstarrung von L-DED beeinflussten.Bei der L-DED-Bearbeitung dünner Wände wurde ein Verfahren zur experimentellen Bestimmung der fundamentalen Erstarrungsgrößen über die gesamte Schichthöhe hinweg in zeitlicher und räumlicher Präzision entwickelt.Die Forscher erklärten nach der Beschreibung des Versuchsaufbaus und -verfahrens einen Bildverarbeitungsalgorithmus zur Gewinnung von Temperaturfeldern mit einer Infrarotkamera.Neben der Extraktion der aktuellen Geometrie der Liquidus- und Solidus-Isotherme und der Berechnung der momentanen Position der Prozesszone in jeder Schicht leitete die Technik auch die lokalen Erstarrungsraten und Temperaturgradienten ab.Durch den Bau rechteckiger Aluminiumsäulen mit unterschiedlichen Verarbeitungsparametern wurde die neue Technik erprobt.Kalibrierung der Infrarotbilder: a) Bilder einer teilweise mit Graphit beschichteten Kalibrierprobe, b) erfasste Temperaturverteilung (obere Reihe) und Temperaturprofile entlang dreier horizontaler Linien (untere Reihe) bei angenommenem Emissionsgrad von ε ≈ 1, und c ) erfasste Temperaturverteilung (obere Reihe) und Temperaturprofile entlang dreier horizontaler Linien (untere Reihe) bei einem Emissionsgrad von ε ≈ 0,07.Bildnachweis: Hagenlocher, C et al., Additive Manufacturing LettersBei der L-DED-Fertigung mit einer Prozessgeschwindigkeit von 4,5 m/min wies der Boden des Schmelzbades einen maximalen Temperaturgradienten von etwa 700 K/mm auf.Im Falle der L-DED-Produktion bei einer Prozessgeschwindigkeit von 1,5 m/min sank dieser Maximalwert, wenn die Prozessgeschwindigkeit auf einen mittleren Wert von etwa 300 K/mm verringert wurde.Gleiches galt für die Erstarrungsgeschwindigkeit, die gegen Ende des Schmelzbades ihren Maximalwert erreichte und gleich der mit 4,5 m/min ermittelten höchsten Prozessgeschwindigkeit war.Es wurde gezeigt, dass eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit dazu führte, dass Schmelzbäder länger und flacher wurden, was mit den in der Vergangenheit verwendeten Schweißverfahren übereinstimmte.Der Temperaturgradient wurde aus dem Temperaturfeld an den entsprechenden Stellen der Liquidus-Isothermen und die lokalen Erstarrungsgeschwindigkeiten aus den Geometrien der Isothermen berechnet.Die Ergebnisse zeigten, dass bei hohen Prozessgeschwindigkeiten die größten Temperaturgradienten und Erstarrungsgeschwindigkeiten auftreten.Flussdiagramm der grundlegenden Schritte des Bildverarbeitungsalgorithmus.Die hellgrauen Rauten stellen die Schritte zur Bestimmung der Zeitpunkte dar, an denen die Prozesszone im ROI bei -10 mm < xloc < 0 und -5 < zloc < 0 vorhanden ist. Die dunkelgrauen Rauten beschreiben die Schritte zur Extraktion der Isothermen in der Verarbeitungszone.Bildnachweis: Hagenlocher, C et al., Additive Manufacturing LettersZusammenfassend beschrieb diese Studie eine Methode, die die Bildverarbeitung von Infrarotvideos nutzt, um die Bedingungen der lokalen Verfestigung während der L-DED-Produktion sowohl zeitlich als auch räumlich aufgelöst zu untersuchen.Lokale zeitliche Maxima der Durchschnittstemperatur einer sich bewegenden ROI wurden verwendet, um die Position der mobilen Verarbeitungszone und die Geometrie der ROI erfolgreich zu lokalisieren, um die Liquidus- und Solidus-Isothermen korrekt zu identifizieren.Die Autoren erwähnten, dass die Bewertung des Algorithmus der Erstarrungsbedingungen die Optimierung des DED-Prozesses verbessern und die Entwicklung von Techniken zur Erzeugung von Mikrostrukturen unterstützen soll.Sie gaben an, dass sich die zukünftige Forschung darauf konzentrieren wird, wie Prozessparameter die Erstarrungsvariablen beeinflussen, einschließlich der Frage, wie sie sich im Laufe der Zeit mit zunehmender Gebäudehöhe verändern.Hagenlocher, C., Toole, PO, Xu, W., et al.Prozessüberwachung des thermischen Profils während der Erstarrung bei der lasergesteuerten Energieabscheidung von Aluminium.Additive Manufacturing Letters 100084 (2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000536Haftungsausschluss: Die hier geäußerten Ansichten sind die des Autors, die in seiner Eigenschaft als Privatperson geäußert wurden, und repräsentieren nicht notwendigerweise die Ansichten von AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, dem Eigentümer und Betreiber dieser Website.Dieser Haftungsausschluss ist Bestandteil der Nutzungsbedingungen dieser Website.Surbhi Jain ist ein freiberuflicher technischer Redakteur mit Sitz in Delhi, Indien.Sie hat einen Ph.D.in Physik von der University of Delhi und hat an mehreren wissenschaftlichen, kulturellen und sportlichen Veranstaltungen teilgenommen.Ihr akademischer Hintergrund liegt in der materialwissenschaftlichen Forschung mit einer Spezialisierung auf die Entwicklung optischer Geräte und Sensoren.Sie verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Erstellung, Bearbeitung, experimentellen Datenanalyse und im Projektmanagement von Inhalten und hat 7 Forschungsarbeiten in Scopus-indizierten Zeitschriften veröffentlicht und 2 indische Patente auf der Grundlage ihrer Forschungsarbeit eingereicht.Sie liebt Lesen, Schreiben, Forschung und Technologie und liebt Kochen, Schauspielerei, Gartenarbeit und Sport.Bitte verwenden Sie eines der folgenden Formate, um diesen Artikel in Ihrem Essay, Ihrer Arbeit oder Ihrem Bericht zu zitieren:Jain, Surbi.(2022, 04. August).Effektive thermische Überwachung der Aluminium-Laserabscheidung.AZoM.Abgerufen am 07. Dezember 2022 von https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59707.Jain, Surbi."Effektive thermische Überwachung der Aluminium-Laserabscheidung".AZoM.7. Dezember 2022.