ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM - Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING We focus on safety
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ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM
Sicherheit im Fokus
ADDITIVE MANUFACTURING
We focus on safety
Die additive Fertigung ermöglicht eine passgenaue
Herstellung komplexer Bauteile durch schichtweisen
Auftrag von Material. Durch das hohe Maß an
Flexibilität ist das Potenzial für Innovationen in Additive manufacturing enables the customised
verschiedenen Anwendungsbereichen entsprechend production of complex components, which is achieved
groß: vom Maschinen- und Anlagenbau über Luft- by layer-upon-layer deposition of material. Directly
und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik related to the high degree of flexibility is the high
bis hin zum Bauwesen. innovation potential of additive manufacturing, which
exists in various areas of application: from mechanical
VORWORT Der zuverlässige Einsatz additiver Fertigungsverfah-
ren bedarf jedoch, insbesondere in sicherheitsrelevan-
ten Anwendungen, eines eingehenden Verständnis-
and plant engineering to aerospace, automotive,
medical technology and civil engineering.
PREFACE ses des additiven Fertigungsprozesses und seiner However, the reliable use of additive manufacturing
Produkte. Das umfasst die Reproduzierbarkeit, die – particularly in safety-related applications – requires
Bauteileigenschaften und den gesamten an in-depth understanding of additive manufacturing
Lebenszyklus. processes and their products. This includes reproducibili
ty, component properties, and the entire life cycle.
Als Kompetenzzentrum für Sicherheit in Technik
und Chemie leistet die BAM gemeinsam mit Partnern As a centre of excellence for safety in technology and
aus Wirtschaft und Forschung die Weiterentwicklung chemistry, BAM, along with partners from industry
additiver Fertigungsverfahren. Wir wollen zum and research, is working to further develop additive
Beispiel wissen: Wie lässt sich ein zuverlässiges manufacturing processes. For example, we want to
Prozessmonitoring entwickeln, um aufwendige know: How can reliable process monitoring be devel-
Bauteilprüfungen zu vermeiden? Wie können wir oped in order to avoid complex component testing?
voraussagen, wie belastbar additiv gefertigte How can we predict the resilience of additive manufac-
Produkte sind? Können Ersatzteile auf einer Raum- tured products? Could replacement parts be printed in
station gedruckt werden? a space station?
Im Themenfeld Material bündelt die BAM ihre Within the focus area materials, BAM is combining its
vielseitige Expertise – von der Charakterisierung der multifaceted expertise – from the characterisation of
Ausgangsmaterialien über die flexible Fertigung bis the feedstock and flexible manufacturing to testing
zu Prüftechniken und Bauteilprüfungen für eine hohe techniques and component testing for high product
Produktvariabilität. Darüber hinaus engagiert sich die variability. Furthermore, BAM is involved in standardi-
BAM in der Normung und für den Transfer der sation and in the transfer of results into standards.
Ergebnisse in Standards. Die Arbeit trägt dazu bei, This work is helping to open up the potential even
das Potenzial additiver Fertigungsverfahren weiter zu further, and to transforming additive manufacturing
erschließen und in anerkannte und standardisierte into recognised and standardised processes for
Verfahren für die industrielle Fertigung zu überführen. industrial manufacturing.
So leisten wir einen Beitrag, die Potenziale der It is in this way we contribute to tapping the potential
Zukunftstechnologie zu erschließen und in die Praxis of this future technology and its implementation into
zu bringen. practice.
Prof. Dr. Ulrich Panne Prof. Dr. Ulrich Panne,
Präsident der President of the
Bundesanstalt für Materialforschung Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung (BAM) und -prüfung (BAM)
2 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 3
INHALT
CONTENT
Sicherheit macht Märkte 6
Safety creates markets
Kompetenzzentrum für sichere Bauteile
aus der additiven Fertigung 8
Competence centre for safe components
produced by additive manufacturing
In-situ-Monitoring 10
In-situ monitoring
Zerstörungsfreie Materialcharakterisierung 14
Non-destructive materials characterisation
Ermüdung und Schadenstoleranz
metallischer AM-Bauteile 18
Fatigue and damage tolerance of
metallic AM components
Prozess- und Anlagenentwicklung 22
Process and machine development
Einflüsse additiver Fertigungsprozesse
auf die Umwelt 26
Influences of additive manufacturing
processes on the environment
Von der Entwicklung zur sicheren Anwendung 28
From development to safe application
Normung und Standardisierung zu
additiven Fertigungsverfahren 30
Standardization of additive
manufacturing processes
4 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 5
Die Bundesanstalt für Materialforschung und
-prüfung (BAM) gewährleistet Sicherheit in Technik
SICHERHEIT MACHT MÄRKTE und Chemie.
Die BAM forscht, prüft und berät zum Schutz von
The Bundesanstalt für Materialforschung und
-prüfung (BAM) ensures safety in technology and
SAFETY CREATES MARKETS Mensch, Umwelt und Sachgütern. Ihre Aktivitäten chemistry. BAM tests, researches and advises to
bündelt die BAM in den fünf Themenfeldern Energie, protect people, the environment and material goods.
Infrastruktur, Umwelt, Material und Analytical
Sciences. In den Spitzen- und Schlüsseltechnologien BAM carries out a broad range of research activities in
Materialwissenschaft, Werkstofftechnik und Chemie the five focus areas energy, infrastructure, environ-
leistet die BAM einen entscheidenden Beitrag zur ment, materials and analytical sciences. At the
technischen Sicherheit von Produkten, Prozessen und cutting-edge of key technologies of materials science,
der Lebens- und Arbeitswelt der Menschen. Dazu materials engineering and chemistry, we make a
werden Substanzen, Werkstoffe, Bauteile, Kompo- crucial contribution to the technical safety of products,
nenten und Anlagen sowie natürliche und technische processes and to people’s life and work environment.
Systeme von volkswirtschaftlicher Dimension und
gesellschaftlicher Relevanz erforscht und auf sicheren BAM’s research is directed towards substances,
Umgang oder Betrieb geprüft und bewertet. Die BAM materials, building elements, components and
entwickelt und validiert Analyseverfahren und facilities as well as natural and technical systems
Bewertungsmethoden, Modelle und erforderliche important for the national economy and relevant to
Standards und erbringt wissenschaftsbasierte society. It also tests and assesses their safe handling
Dienstleistungen für die deutsche Wirtschaft im and operation. BAM develops and validates analysis
europäischen und internationalen Rahmen. procedures and assessment methods, models and
necessary standards and provides science-based
Sicherheit macht Märkte. services for the German industry in a European and
international framework.
Die BAM setzt und vertritt für Deutschland und seine
globalen Märkte hohe Standards für Sicherheit in Safety creates markets.
Technik und Chemie zur Weiterentwicklung der
erfolgreichen deutschen Qualitätskultur „Made in BAM sets and represents high standards for safety in
Germany“. Die BAM ist eine Bundesoberbehörde im technology and chemistry for Germany and its global
Geschäftsbereich des Bundesministeriums für markets to further develop the successful German
Wirtschaft und Energie. quality culture “Made in Germany“. BAM is a senior
scientific and technical federal institute with responsi-
bility to the Federal Ministry for Economic Affairs and
Energy.
6 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 7
Additively manufactured components are currently
KOMPETENZZENTRUM FÜR SICHERE −with a few exceptions − not used in safety-critical
BAUTEILE AUS DER ADDITIVEN FERTIGUNG areas. The reason for this is the lack of criteria to
design, test and qualify additively manufactured
components. Existing rules and regulations cannot be
COMPETENCE CENTRE FOR SAFE COMPONENTS easily transferred due to the wide variety of process-
related influencing variables, the geometrical degrees of
PRODUCED BY ADDITIVE MANUFACTURING freedom of the products and the complex influence of
the material.
BAM’s activities, therefore, focus on the issues at hand:
Which material properties and failure-mechanisms are
Additiv gefertigte Bauteile werden derzeit – mit wenigen Im Zentrum der Aktivitäten der BAM stehen daher present in additively manufactured components? How
Ausnahmen – nicht in sicherheitskritischen Bereichen die Fragestellungen: Welche werkstofftechnischen can the quality of the components be improved by
eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in fehlenden Krite- Eigenschaften und Versagensmechanischen liegen bei process engineering and metallurgical measures? How
rien, nach denen additiv gefertigte Bauteile auszulegen, additiv gefertigten Bauteilen vor? Wie kann durch can the quality even of complex geometries be reliably
zu prüfen und zu qualifizieren sind. Bestehende Regel- prozesstechnische und metallurgische Maßnahmen die measured and guaranteed during the process?
werke und Erkenntnisse lassen sich aufgrund vielfältiger Qualität der Bauteile verbessert werden? Wie lässt sich
© BAM Z.8
prozessbedingter Einflussgrößen, der geometrischen prozessbegleitend die Qualität auch bei komplexen For this purpose, BAM combines the expertise of
Freiheitsgrade der Produkte und der komplexen Werk- Geometrien zuverlässig erfassen und sicherstellen? various specialist areas in a competence center with the Anlage für das Laserstrahl- Machine for laser powder
stoffbeeinflussung nicht ohne Weiteres übertragen. aim of making expertise available for users from schmelzen im Pulverbett an bed fusion at BAM
Die BAM bündelt hierfür die Expertise unterschied- research and industry. BAM uses its broad knowledge der BAM
licher Fachgebiete mit dem Ziel, diese in einem of materials analysis, non-destructive material testing
Kompetenzzentrum für Anwender aus der Forschung and the welding-based processing of materials. BAM is
und Wirtschaft sichtbar und nutzbar zu machen. Sie also able to additively manufacture test specimens and
nutzt dabei ihr breites Wissen über die Werkstoff- industry-related components itself in order to take part
analytik, die zerstörungsfreie Materialprüfung und in comparative and round robin interlaboratory tests, and process monitoring, to the characterization of
über die schweißtechnische Verarbeitung von Werk- amongst other research activities. For this purpose, samples and components and the determination of
stoffen. Der BAM ist es dabei möglich, selbst additiv facilities are available for the industrial additive mechanical properties, to enable the future use of
zu fertigen, um Prüfkörper und industrienahe Bauteile manufacturing processes of metallic materials that are additive manufactured components in safety-relevant
herzustellen, um u.a. an Vergleichs- und Ringver- currently most important: Laser Powder Bed Fusion applications.
suchen teilzunehmen. Hierfür stehen Anlagen für die (LPBF), Laser Metal Deposition (LMD) and Wire Arc
derzeitig wesentlichsten industriellen additiven Ferti- Additive Manufacturing (WAAM).
gungsverfahren metallischer Werkstoffe zur Verfügung:
Laserstrahlschmelzen (LPBF), Laser-Pulver-Auftrag- BAM is, thus, able to gain in-depth knowledge and
schweißen (LMD) und Lichtbogengenerieren (WAAM). cross-functional capabilities under one roof. These
capabilities range from the characterization of the
Der BAM ist es damit unter einem Dach möglich, von starting materials through the additive build-up process
der Charakterisierung der Ausgangsmaterialien über
den additiven Aufbauprozess und die Prozessüber-
wachung bis zur Charakterisierung von Proben und
© BAM Z.8
Bauteilen und der Ermittlung mechanischer Kennwerte
Erkenntnisse und Zusammenhänge zu gewinnen, um
den zukünftigen Einsatz additiv gefertigter Bauteile in KONTAKT/CONTACT
sicherheitsrelevanten Anwendungen zu ermöglichen. Prof. Dr. Kai Hilgenberg
© BAM Z.8
Kai.Hilgenberg@bam.de
Arbeit an der Anlage für das Work at the laser metal
Laser-Pulver-Auftragschwei- deposition machine at BAM Schweißtechnische Fertigungsverfahren
ßen an der BAM Welding Technology
8 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 9
IN-SITU-MONITORING
Thermogramm, aufgenommen mit einer Mittelwellen-
infrarotkamera während eines Fertigungsprozesses
eines Würfels aus nichtrostendem Stahl in einer An-
IN-SITU MONITORING lage zum Laserstrahlschmelzen. Der Bereich flüssigen
Materials ist durch die Graustufenfarbpalette gesondert
dargestellt.
Thermogram, recorded with a midwave infrared camera
during the manufacturing process of a cube of stainless
steel in a laser powder bed fusion machine. The area of
liquid material is shown in a separate grayscale.
© BAM FB
zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) zur In-situ-Bewertung AM-Bauteilen jedes spätere Volumenelement zunächst
der Qualität additiv gefertigter Metallbauteile in laser- auch als Oberfläche zugänglich ist, wird zudem
oder lichtbogenbasierten AM-Prozessen zu entwickeln. erwartet, dass Inhomogenitäten ebenfalls detektiert
Dies beinhaltet neben passiven und aktiven Verfahren werden können, die aufgrund z. B. komplexer Bau-
der Thermografie die optische Tomografie, die optische teilgeometrien am fertigen Bauteil mit herkömmlichen
Emissionsspektroskopie, die Wirbelstromprüfung, die ZfP-Verfahren nicht nachgewiesen werden können.
Laminografie (Radiografie), die Röntgenrückstreuung
und fotoakustische Verfahren. Die bisherigen Unter- Die BAM nutzt in diesem Projekt jahrzehntelange
suchungen zeigen, dass z. B. mit der Thermografie die Erfahrungen in der forschungsbasierten und industrie-
Temperaturverteilung erfasst werden kann. Prognosen nahen Entwicklung von zerstörungsfreien und che-
zur Defektentstehung werden jedoch erst über die Aus- mischen Analyseverfahren in industriellen Prozessen.
wertung von Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkei- Abteilungsübergreifend gibt es ein umfassendes Ver-
ten und von räumlichen Temperaturgradienten möglich. ständnis der prozessseitigen Einflüsse auf Schweißnaht-
© BAM Z.8
eigenschaften und zu Strategien der Vermeidung von
Einstellung der Kamera, die für die optische Die Qualität additiv gefertigter Bauteile wird wesent- Diese Verfahren werden in verschiedenen AM-Sys- prozessbedingten Rissen und anderen Inhomogenitäten.
Tomografie an einer Anlage zum Laserstrahl- lich durch die Prozessparameter während der Ferti- temen zum Laserstrahlschmelzen, zum Laser-Pulver-
schmelzen genutzt wird gung beeinflusst. Für die Prozessüberwachung werden Auftragschweißen und zum Lichtbogengenerieren
daher Sensoren und Messsysteme zur Kontrolle der zum Einsatz gebracht. Merkmale der Messdaten
Adjustment of the camera used for optical Energiequelle, des Bauraums, des Schmelzbades und werden in Korrelation zu Fehlern und Inhomogeni-
tomography at a powder bed fusion machine der Bauteilgeometrie zumindest in der metallbasier- täten extrahiert und mit den Fertigungsparametern The quality of additively manufactured components is
ten additiven Fertigung (Additive Manufacturing, korreliert. Im Anschluss werden die Resultate dieser significantly influenced by the process parameters used
AM) schon kommerziell angeboten. Diese ermög- Auswertungen mit Referenzverfahren wie Computer- during production. Thus, sensors and measuring
lichen es bisher aber noch nicht, Defekte und Inho- tomografie und Ultraschall-Tauchtechnik verglichen. systems for controlling the energy source, the installa-
mogenitäten direkt oder indirekt nachzuweisen. Diese Prozessüberwachung soll eine deutliche Reduzie- tion space, the melt pool and the component geometry
rung aufwendiger und zeitintensiver zerstörender oder are already commercially available for process monitor-
Das Projekt Prozessmonitoring in der Additiven Ferti- zerstörungsfreier Prüfungen nach der Fertigung des ing, at least in metal-based additive manufacturing
gung (ProMoAM) der BAM im Themenfeld Material Bauteiles und zugleich eine Verringerung der Ausschuss- (AM). However, it is not yet possible to detect defects
hat daher das Ziel, Verfahren der Spektroskopie und produktion bewirken. Da während der Fertigung von and inhomogeneities directly or indirectly during the
10 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 11
building process. The project Process Monitoring in This process monitoring should result in a significant
Additive Manufacturing (ProMoAM), conducted at reduction in expensive and time-consuming destructive
BAM within the focus area materials, aims to develop or non-destructive tests performed after the production
spectroscopic and non-destructive testing (NDT) of the component and at the same time lead to a
methods for the in-situ evaluation of the quality of reduction in scrap production. Since each subsequent
additively manufactured metal components in laser- or volume element is initially accessible as a surface during
arc-based AM processes. In addition to passive and the production of AM components, it is also expected
active methods of thermography, this includes optical that inhomogeneities can be detected that cannot be
tomography, optical emission spectroscopy, eddy detected with conventional NDT methods due to, for
current testing, laminography (radiography), X-ray example, complex geometries of the finished
backscattering, particle emission spectroscopy and component.
photoacoustic methods. Previous investigations have
shown that, for example, thermography can be used to In this project, BAM uses decades of experience in the
record the temperature distribution. However, predic- research-based and industry-oriented development of
tions of the occurrence of defects are only possible by non-destructive and chemical analysis methods for
evaluating heating and cooling rates and spatial industrial processes. There is a comprehensive under-
temperature gradients. standing across departments of the process-related
influences on weld seam properties and of strategies for
These processes are used in various AM systems for avoiding process-related cracks and other
LPBF, LMD and WAAM. Key characteristics of the inhomogeneities.
measured data are extracted to correlate defects and
inhomogeneities with the production parameters. The
results of these evaluations are then compared with
results from reference methods such as X-ray computer
tomography and ultrasonic testing using immersion
technology.
© BAM Z.8
Justage der Fokusposition eines Aufbaus für die
optische Emissionsspektroskopie an einer Anlage zum
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Laser-Pulver-Auftragschweißen
Adjustment of the focus position of an optical KONTAKT/CONTACT
emission spectroscopy setup in a machine for laser Dr. Christiane Maierhofer
metal deposition Christiane.Maierhofer@bam.de
Thermografische Verfahren
Thermographic Methods
12 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 13
Gerendertes Volumen der additiv hergestellten
ZERSTÖRUNGSFREIE Gitterstruktur (mit freundlicher Genehmigung
MATERIALCHARAKTERISIERUNG der Siemens AG), das während der Druckprüfung
mit Röntgen-Mikro-Computertomographie
aufgenommen wurde
NON-DESTRUCTIVE MATERIALS Rendered volume of the additively manufactured
CHARACTERISATION lattice structure (courtesy of Siemens AG) during
compression testing measured by means of X-ray
micro computed tomography
© BAM FB
Die BAM entwickelt und bewertet zerstörungsfreie (SynRef-CT) aufgrund der Detektierbarkeit kleiner
Prüfverfahren für die Charakterisierung von inneren Inhomogenitäten (Hohlräume oder Risse) unter-
Strukturen und Fehlstellen im Mikrometerbereich und halb der räumlichen Auflösung von optischer
darunter. Eine quantitative 3D-Materialcharakterisie- Mikroskopie und µ-CT. Zusätzlich wird bei der
rung wird durch den Einsatz von höchstauflösenden SynRef-CT die Statistik der Defektanalyse durch
bildgebenden Röntgenmethoden realisiert. Die BAM einen größeren Untersuchungsbereich verbessert.
hat jahrzehntelange Erfahrung mit der Entwicklung von
Mikro-Computertomographen (µ-CT), deren Möglich- Darüber hinaus befasst sich die BAM mit der Span-
keiten mittels Synchrotron-µ-CT an der BAMLine am nungsanalyse mittels Röntgen-, Synchrotron- und
Berliner Elektronsynchrotron BESSY erweitert wurde. Neutronenbeugung, die es erlauben den Spannungs-
Dies erlaubt eine visuelle und quantitative Defekt zustand eines Bauteils von der Oberfläche bis in
charakterisierung in der Längenskala von bis zu das Vollmaterial zerstörungsfrei zu bewerten. Die
0,001 mm. Für die Untersuchung kleinerer Defekte mikromechanischen Grundlagen des Verformungs-
eignet sich die Synchrotron-Röntgenrefraktion verhaltens von Metallen und Keramiken werden
bei In-situ-Tests mit hochenergetischen Röntgen-
strahlen sowie mit Neutronen untersucht.
Zerstörungsfreie Materialcharakterisierung ist ein
zentraler Baustein für das Verständnis von metal-
lischen Legierungen, Keramiken und Kompositen.
Diese Untersuchungsmethoden dienen als Referenz-
verfahren und werden für die Charakterisierung
und Validierung additiv gefertigter Materialien
Anwendung der Zug- und Druckmaschine für die Durch- vom Pulver bis zum Bauteilversagen genutzt.
führung von In-situ-Druckversuchen an additiv gefertig-
ten Gitterstrukturen (mit freundlicher Genehmigung der Andere zerstörungsfreie Techniken werden zur
Siemens AG) am Röntgen-Mikro-Computertomographen Qualitätsbewertung und zur Mikrostrukturunter-
der BAM suchung von Bauteilen eingesetzt. Insbesondere ist
die hochauflösende Ultraschallprüfung mittels Tauch-
Setting up the loading machine to perform in-situ technik eine standardisierte nichtinvasive Methode der
compression testing of additively manufactured lattice Materialcharakterisierung, die sich zur Lokalisierung
structures (courtesy of Siemens AG) using X-ray micro von makroskopischen Inhomogenitäten und auch zur
computer tomography at BAM Untersuchung von mesoskaligen Materialverteilungen
© BAM Z.8
14 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 15
3D-Analyse von In-situ-Druckversuchen an additiv gefer-
tigten Gitterstrukturen (mit freundlicher Genehmigung
der Siemens AG) mittels Röntgen- Mikro- Computerto-
mographie
3D-analysis of in-situ compression testing of additively
manufactured lattice structures (courtesy of Siemens
AG) using X-ray micro computer tomography
defects due to the detectability of inhomogeneities localizing macroscopic inhomogeneities and also for
(cavities or cracks) below the spatial resolution of investigating mesoscale material distributions. At BAM,
optical microscopy and µ-CT. In addition, the Syn- immersion technology systems are available for three
Ref-CT improves the statistics of defect analysis by different component sizes. In comparison to the usual
examining a larger assessment area. contact technique, a significantly higher resolution is
achieved with the immersion technique. Through the
BAM also has extensive experience with residual complementary use of X-ray techniques and ultrasonic
stress analysis using laboratory-scale X-ray, synchro- testing, different length scales of features (defects,
tron X-ray, and neutron diffraction. They all allow the grains, pores) and sample sizes can be investigated for
non-destructive evaluation of the residual stress state of additively manufactured components.
a component both at the surface and internally. The
micromechanical fundamentals of the deformation
behaviour of metals and ceramics are also investigated
by BAM via in-situ tests with high-energy X-rays and
neutrons.
Other non-destructive techniques are used for quality
© BAM Z.8
assessment and microstructural analysis of components.
eignet. An der BAM sind Tauchtechnik-Anlagen für and validation of additive materials, from powder to In particular, high-resolution ultrasonic testing using
drei unterschiedliche Bauteilgrößen verfügbar. Mit der component failure. immersion technology is a standardized non-invasive
Tauchtechnik wird eine deutlich höhere Auflösung als method of material characterization that is suitable for
mit der üblichen Kontakttechnik erreicht. Mit der kom- BAM develops and evaluates non-destructive testing
plementären Nutzung von Röntgentechniken und Ultra- methods for the characterization of internal structures
schallprüfung können bei additiv gefertigten Bauteilen and defects in the micrometer range and below.
verschiedene Längenskalen von Merkmalen (Defekte, Quantitative 3D material characterization is realized
Körner, Poren) und Probengrößen abgedeckt werden. using high-resolution X-ray imaging methods. BAM has
decades of experience in the development of micro
© BAM Z.8
Computed Tomography (µ-CT), the possibilities of
which have been extended by means of synchrotron
µ-CT at the BAMLine of the Berlin Electron Synchro- KONTAKT/CONTACT
Non-destructive material characterization is a central tron BESSY. Depending on the specimen size, this Prof. Dr. Giovanni Bruno
component for the understanding of metallic alloys, technique allows visualisation and quantitative defect Giovanni.Bruno@bam.de
ceramics and composites. These methods serve as characterization in the length scale from as low as
reference methods and are used for the characterization 0.001 mm. Synchrotron X-ray refraction Tomography Mikro-Zerstörungsfreie Prüfung
(SynRef-CT) is suitable for the investigation of smaller Micro Non-Destructive Testing
16 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 17
ERMÜDUNG UND SCHADENSTOLERANZ
METALLISCHER AM-BAUTEILE
FATIGUE AND DAMAGE TOLERANCE
OF METALLIC AM COMPONENTS
REM/EBSD-Aufnahme der Kristallstruktur
von dem additiv gefertigten Edelstahl in
Baurichtung
EBSD image of the crystal structure of
© BAM FB
additive manufactured stainless steel in the
building direction
Die Ermüdungsschädigung von additiv gefertigten auch die Ermittlung der Gesamtlebensdauer bzw.
metallischen Strukturen ist hinsichtlich der Trag- der Schwingfestigkeit ermöglich soll.
fähigkeit und Integrität dieser Bauteile anwendungs-
begrenzend. Ungeachtet intensiver Forschungsarbeit Ein weiterer Aspekt der Modellierung ist die mikro-
kann das Problem bis heute nicht als gelöst betrach- strukturbasierte Simulation des mechanischen Ver-
tet werden. Die wichtigsten Faktoren, welche die haltens von AM-Werkstoffen. Dazu werden reale
Gesamtlebensdauer und Schwingfestigkeit sowie Kornstrukturen aus der Mikrostrukturanalyse durch
das Ermüdungsrisswachstum einschließlich seines 3D-Rekonstruktion aus EBSD-Daten in virtuelle
Schwellenwertes auf unterschiedliche Weise beein- Kornstrukturen überführt und mithilfe von Kristall-
flussen, sind die Oberflächenintegrität einschließ- plastizitätsmodellen Verformungen und Spannungen
lich der Rauheit, Hohlräume wie Poren und, viel berechnet. Mittels EBSD (Electron Backscattering
ungünstiger, nicht aufgeschmolzene Materialbereiche. Diffraction) werden Phasen und deren Orientie-
Weiterhin spielen die Inhomogenität und Anisotro- rung, also die Kristallstruktur, ermittelt und abge-
pie des Werkstoffs bis hin zu Texturverhalten mit bildet. Die Aufbaustruktur mit ihren lagenweisen
Vorgabe des Risslaufwegs, etwa in Abhängigkeit Aufschmelzungen wird von der Kristallstruktur
von Aufbaurichtung und Hatching-Strategie, eine überlagert; beide sind nicht ortsidentisch. Die Unter-
wichtige Rolle. Schließlich ist auch ein Einfluss von suchungstechniken der BAM beinhalten neben der
Eigenspannungen zu erwarten, wobei in Rechnung Ermittlung der Schwingfestigkeit auch die Unter-
zu stellen ist, dass sich diese unter Schwingbelas- suchung des Bruchverhaltens mittels Fraktografie.
tung umlagern und im günstigsten Fall relaxieren. Dadurch kann das Risswachstum in additiv gefertig-
ten metallischen Werkstoffen nachvollzogen werden.
Eine der Aktivitäten in dem BAM-Themenfeldpro-
jekt AGIL (Mikrostrukturentwicklung in additiv
gefertigten metallischen Komponenten) besteht in
der Untersuchung des Ermüdungsverhaltens mittels
bruchmechanischer Methoden. Dabei werden theo- The effects of fatigue damage on the load-bearing
© BAM Z.8
retische Modellierung und Experiment miteinander capacity and integrity of AM metallic structural
Mechanische Hochtemperaturprüfung von additiv High temperature mechanical testing of additively verbunden. Abgedeckt werden sowohl Lang- als components limits their suitability for fatigue-related
gefertigten Proben manufactured specimens auch Kurzrisswachstum, was neben der klassischen applications. Despite intensive research work, this
Rissausbreitungs- und Restlebensdaueranalyse problem cannot yet be regarded as solved. The most
18 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 19should also enable the determination of the total service
life and the fatigue strength.
A further aspect of the modelling is the microstructure-
based simulation of the mechanical behaviour of AM
materials. Real grain structures from microstructure
analysis are transformed into virtual grain structures by
3D reconstruction from EBSD (Electron Backscattering
Diffraction) data and deformations and stresses are
calculated using crystal plasticity models. EBSD is used
to determine and map phases and their orientation, i.e.
the crystal structure of the material.
The built-up structure with its layered beds of melted
material is overlaid by the crystal structure. The
geometric characteristics of these structures do not
identically match. In addition to determing the fatigue
strength, the fracture behaviour is also investigated via
fractography. Fractography can be used to follow the
crack propagation through additively manufactured
microstructures of metals.
Bruchfläche einer additiv gefertigten
Zugprobe
Fracture surface of an additively
manufactured tensile test specimen
© BAM Z.8
important factors, which influence the overall service relaxation of these stresses under vibration loading
life and fatigue strength as well as the fatigue crack needs to be considered.
growth, including the threshold value, are the surface
integrity including roughness, cavities such as pores One of the activities in the BAM project AGIL (Micro-
© Michael Danner
and, much less favourable, non-fused regions of structure Development in Additively Manufactured
material. Furthermore, the inhomogeneity and anisot- Metallic Components) is the investigation of fatigue
ropy of the material as well as the way in which behaviour by means of fracture-mechanical methods, KONTAKT/CONTACT
material texture affects the cracking propagation path, whereby theoretical modelling and experiments are Prof. Dr. Birgit Skrotzki
such as through build-up direction and hatching combined. In this approach, both long and short crack Birgit.Skrotzki@bam.de
strategy, play an important role. Finally, the residual growth are considered, which, along with classical
stresses also are expected to influence fatigue behaviour, crack propagation and residual service life analysis, Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik
whereby the redistribution and, in the best case, Experimental and Model Based Mechanical Behaviour of Materials
20 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 21nicht ein ganzes Sortiment an Teilen. Das ist ein In einem zweiten Zero-G-Experiment im Früh-
PROZESS- UND ANLAGENENTWICKLUNG enormer Vorteil für lange Missionen mit begrenzten jahr 2018 wurden erstmals metallische Pulver unter
Gewichtskapazitäten und begrenztem Stauraum. Schwerelosigkeit als Schichten aufgetragen und
PROCESS AND MACHINE DEVELOPMENT Derzeit setzt die NASA auf der Internationalen mittels Laserstrahlung lokal zu einem Bauteil ver-
Raumstation ISS das filamentbasierte additive Fer- schmolzen. Damit soll das große Potenzial des Laser-
tigungsverfahren ein, bei dem ein Filament aus auf- strahlschmelzprozesses für die additive Fertigung
geheiztem Kunststoff Schicht für Schicht extrudiert gebrauchsfertiger metallischer Bauteile künftigen
wird, um ein dreidimensionales Objekt herzustellen. Weltraummissionen zugänglich gemacht werden.
Im Gegensatz zur NASA untersucht die BAM die
industriell sehr erfolgreichen pulverbasierten addi Forschungsschwerpunkt 2: Technologie-Rollout
tiven Fertigungsverfahren auf ihre Eignung für einen LSD-basierter 3D-Druck von Keramik
Einsatz in Schwerelosigkeit. In einem ersten Zero-G-
Experiment, einem Parabelflug im September 2017, Die lagenweise Schlickerdeposition (LSD) nutzt
lag der Fokus auf dem Schichtauftrag des Pulvers. Da den in der keramischen Prozesstechnik bekannten
die Schwerkraft eine entscheidende Voraussetzung Schlickerguss zur Darstellung dichtgepackter Pulver-
für das Auftragen einer dünnen Schicht fließfähigen schichten und Pulverbetten für den 3D-Druck von
Pulvers ist, besteht die Herausforderung darin, den Keramik. Sowohl Komponenten aus Silikatkeramik
Schichtauftrag des Pulvers unabhängig von der Schwer- als auch Komponenten aus Hochleistungskeramik
kraft auszuführen. Es konnte nachgewiesen werden, können mit diesem Prozess dargestellt werden.
dass ein Gasstrom durch das Pulver die Gravitation
ersetzen kann – die Partikel werden angesaugt. Da der Prozess anderen auf dem Markt bereits etablier-
ten Technologien zur additiven Fertigung von Keramik
© BAM UK
An Bord des Airbus 310: In Experimenten testen Bei der Weiterentwicklung der additiven Fertigung
Prof. Jens Günster und sein Team pulverbasierte mit keramischen Werkstoffen konzentriert sich die
additive Fertigungsverfahren in der Schwere- BAM derzeit auf zwei Forschungsschwerpunkte:
losigkeit. Ein während der
Zero-G-Experimente
On board the Airbus 310: Prof. Jens Günster and Schwerpunkt 1: Prozesse für die pulverbasierte additiv gefertigter
his team conduct experiments to test powder- additive Fertigung im Weltraum Schraubenschlüssel
based additive manufacturing processes in
weightlessness. Warum 3D-Druck im Weltall? Komponenten, Ersatz-
teile oder Werkzeuge könnten je nach Bedarf gefertigt A spanner additively
werden. Es müsste dann nur das Material, hier das manufactured during
Pulver, zur Raumstation transportiert werden und the Zero G experiment
© BAM Z.8
22 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 23überlegen ist oder diese gut ergänzt, wurde der Techno- prerequisite for the application of a thin layer of
logie-Rollout im Rahmen der EXIST-Forschungstrans- flowable powder, the challenge is to apply the powder
ferinitiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und layer independently of gravity. It has been demonstrated
Energie gefördert. Ziel ist die Entwicklung, Konst- that a gas flow through the powder can supplant the
ruktion und Erprobung einer additiven Fertigungs- need for gravity. In this method, the powder particles
maschine zur Herstellung dichter Keramikteile. Die are effectively sucked into place.
Teile könnten individuell designte Porzellanteile oder
Spezialteile für den Anlagen- und Maschinenbau sein. In a second Zero-G experiment in spring 2018, metallic
powders were applied as layers under weightlessness
for the first time and fused locally into a component by
means of laser radiation. The aim is to make the great
potential of the laser beam melting process for the
BAM is currently concentrating on two main areas of additive manufacture of ready-to-use metallic compo-
research in the further development of additive manu- nents accessible to future space missions.
facturing with ceramic materials:
Research focus 2: Technology rollout for
Bauteile aus Siliciumcarbid (SiC), die Focus 1: Processes for powder-based LSD-based 3D printing of ceramics:
mittels LSD Prozess hergestellt wurden additive manufacturing in space
Layer-wise slurry deposition (LSD) uses the slurry
Silicon Carbide (SiC) specimens produced Why focus on additive manufacturing in space? casting technique developed for ceramic processing to
by LSD process Components, spare parts or tools could be manu produce densely-packed powder layers and powder
© BAM Z.8
factured as required. Then only the material, here the beds for the 3D printing of ceramics. Components
powder, would have to be transported to the space made of both silicate ceramics and of high-performance
station and not a whole range of parts. This is an ceramics can be manufactured with this process.
enormous advantage for long missions with limited
weight capacities and limited storage space. NASA is Since the LSD process is superior or highly complemen-
currently using the filament-based additive manufactur- tary to other technologies already established on the
ing process on the International Space Station (ISS), in market for the additive production of ceramics, the
which a filament of heated plastic is extruded layer by technology rollout was funded as part of the EXIST
layer to produce a three-dimensional object. research transfer initiative of the Federal Ministry of
Economics and Energy. The aim is to develop, design
In contrast to NASA, BAM is investigating the industri- and test an additive production machine for the
ally very successful powder-based additive manufactur- manufacture of dense ceramic parts. The parts could be
ing processes for their suitability for use in a weightless individually designed porcelain parts or special parts
environment. In a first Zero-G experiment, a parabolic for plant and mechanical engineering.
flight in September 2017, the focus was on the layered
application of the powder. Since gravity is a decisive
Bauteile aus Silikatkeramik, die mittels
LSD Prozess hergestellt wurden
© Michael Danner
Silicate ceramics specimens produced by
LSD process KONTAKT/CONTACT
© BAM Z.8
Prof. Dr. Jens Günster
Jens.Guenster@bam.de
Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe
Ceramic Processing
24 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 25Detektor für Partikelemissionsspektroskopie,
EINFLÜSSE ADDITIVER installiert in dem Bauraum der LPBF-Maschine
FERTIGUNGSPROZESSE AUF DIE UMWELT an der BAM
Particle emission spectroscopy detector
INFLUENCES OF ADDITIVE MANUFACTURING installed in the build chamber of the LPBF
machine at BAM
PROCESSES ON THE ENVIRONMENT
werden. Darauf basierend lassen sich geeignete
Schutzstrategien und Vorbeugemaßnahmen ableiten. At present, there is not enough knowledge to compre-
© BAM FB
hensively and conclusively assess and balance the
Bezüglich der generellen Umweltrelevanz von addi- positive and harmful effects of additive manufacturing
tiven Fertigungsverfahren im Vergleich zu kon- processes on the environment. Environmental risks in
ventionellen Fertigungsprozessen müssen u.a. production are associated with, on the one hand, the The environmental impact of the production of AM
folgende Aspekte betrachtet werden: die Herstel- unwanted ingestion, inhalation and contamination due components is a topic of current research. Some aspects
lung und der Transport der Ausgangsmaterialien, to improper handling of the powder materials and, on can already be clearly identified: The specific energy
spezifische Material- und Energieverbräuche der the other hand, with particles and harmful gases that consumption in additive manufacturing is significantly
Aufbauprozesse, Auswirkungen von Bauteil-Nach- are released uncontrolled from the manufacturing area higher than in conventional manufacturing processes.
behandlungsprozessen sowie die Produktlebens- into the direct vicinity of the plant. The removal and If, in addition to energy costs, the quantities of materi-
dauern, Konsumrisiken und Recyclingfähigkeit. mechanical-chemical post treatment of components can als used, and production waste are also considered,
© BAM Z.8
also be considered as air-hygienic environmentally additive manufacturing can have advantages. A further
Emissionen während des Bauprozesses mit Die Umweltauswirkung der Produktion von AM-Bau- relevant emission sources. The associated potential risks positive effect lies in the functional optimizations that
LPBF, die in-situ mittels Partikelemissions- teilen ist Thema aktueller Forschung. Einige Aspekte can be characterised and quantified using appropriate can be achieved, such as weight reductions without loss
spektroskopie analysiert werden lassen sich bereits deutlich benennen: Die spezifischen measurement methods. On this basis, suitable protec- of performance. In addition, spare parts can be manu-
Energieverbräuche bei der additiven Fertigung sind tion strategies and preventive measures can be derived. factured at low cost and with minimal effort. This is an
Emissions during the building process using deutlich höher als bei konventionellen Fertigungs- opportunity for new industrial activities that can lead
LPBF which is analysed in-situ using particle verfahren. Wenn neben den Energieaufwendungen Regarding the general environmental relevance of to longer product lifetimes. Restrictions on the recy-
emission spectroscopy aber auch die jeweils eingesetzten Materialmengen additive manufacturing processes in comparison to cling and reusability of AM products, especially those
und Produktionsabfälle berücksichtigt werden, kann conventional manufacturing processes, the following with a mix of materials, are, however, disadvantages of
additive Fertigung Vorteile aufweisen. Ein weiterer aspects need to be considered: The production and this technique.
Momentan reicht das Wissen noch nicht aus, um positiver Effekt liegt in den erreichbaren funktionalen transport of the starting materials, the specific material
positive und schädliche Auswirkungen von additi- Optimierungen, z. B. Gewichtsreduzierungen ohne and energy requirements of the construction processes, Some of these environmental factors such as material
ven Fertigungsprozessen auf die Umwelt umfassend Leistungseinbußen. Weiterhin können kostengünstig the effects of component after-treatment processes as use, material combination, energy consumption and
und abschließend zu bilanzieren. Umweltrisiken in und aufwandsarm Ersatzteile gefertigt werden. Hierin well as product lifetimes, consumption risks and weight reductions can be investigated under test
der Fertigung liegen zum einen in der unerwünsch- liegt die Chance für neue industrielle Aktivitäten, die zu recyclability. conditions at BAM for a variety of AM processes and
ten Aufnahme über Mund, Atemwege und Haut von längeren Produktlebensdauern führen können. Nach- material classes.
insbesondere pulverförmigen Baumaterialien, die teilig werden sich Einschränkungen beim Recycling
unsachgemäß verwendet werden. Zum anderen stellen und der Wiederverwendbarkeit von AM-Produkten
© BAM Z.8
Partikel und Schadgase, die unkontrolliert aus dem auswirken, insbesondere von denen mit Materialmix.
Bauraum in die direkte Umgebung der Anlage frei-
gesetzt werden, ein Risiko dar. Entnahme und mecha- Einige dieser Umweltfaktoren wie z. B. Materialein- KONTAKT/CONTACT
nisch-chemische Nachbehandlungen von Bauteilen satz, Materialkombination, Energieaufwendungen Dr. Stefan Seeger
kommen ebenfalls als lufthygienische umweltrelevante und Gewichtsreduzierungen können unter Versuchs- Stefan.Seeger@bam.de
Emissionsquellen in Betracht. Die damit verbunde- bedingungen in der BAM für eine Auswahl von
nen potenziellen Risiken können mit entsprechen- AM-Verfahren und Materialklassen erforscht werden. Materialien und Luftschadstoffe
den Messmethoden charakterisiert und quantifiziert Materials and Air Pollutants
26 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 27Einzelbild der optischen Tomografie,
VON DER ENTWICKLUNG ZUR aufgenommen bei einer Wellenlänge
SICHEREN ANWENDUNG von 880 nm. Dies ist eine Langzeit-
belichtung über den Aufbau einer
gesamten Lage eines Demonstrations-
FROM DEVELOPMENT TO SAFE APPLICATION probekörpers, in dem der Schriftzug
„BAM“ als pulvergefüllter Hohlraum
verbleibt. Inset: Detaildarstellung.
Single image of the optical tomogra-
phy, recorded at a wavelength of 880
Die BAM entwickelt und erprobt in interdiszipli- zerstörende Prüfung zusätzlicher Bauteile möglich, nicht nm. This is a bulb exposure of the
närer Zusammenarbeit In-situ-Messsysteme für die jedoch des Herstellungsprozesses. Zielstellung ist es build of a complete layer of a demon-
additive Fertigung. Für die Qualitätsbewertung ist es daher, zunächst anhand der Prozessdaten der Fertigung stration test specimen, in which the
notwendig, die Vielzahl von Einflussgrößen bei der die resultierenden Bauteileigenschaften vorherzusagen letters “BAM” remain as powder filled
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additiven Fertigung und die gewonnenen Prozessdaten und zukünftig eine Anpassung der Fertigungsparame- cavity. Inset: detail view.
mit Qualitätsmerkmalen der gefertigten Bauteile zu ter während des Fertigungsprozesses zu realisieren.
korrelieren. Durch den Einsatz geeigneter Prozesssen-
soren sollen sich dokumentierte Fertigungsprozesse combination with modelling to identify patterns and
und unter optimalen Prozessrandbedingungen Bau- quantitative correlations within large data sets.
teile mit sichergestellten Eigenschaften ergeben.
BAM develops and tests in-situ measurement systems It can already be recognised that the optimization of
Die Extraktion, Verwaltung und Analyse der durch for additive manufacturing through interdisciplinary manufacturing parameters (e.g. the build-up rate) can
diese Sensoren erzeugten sehr großen Datenmen- cooperation. For quality assessment, it is necessary to be performed using these algorithms. However, thus far,
gen (Big Data) stellen dabei eine Herausforderung correlate the multitude of influencing variables in it has only been possible to qualify additively manufac-
dar. Um aus der Datenmenge Wertschöpfung zu additive manufacturing processes and in-situ monitor- tured components after production using non-destruc-
generieren, muss zunächst die Reduktion, Visuali- ing data with the characteristics of the resulting tive testing or destructive testing of additional compo-
sierung und Korrelation der erzeugten Datensätze components. The use of suitable sensors should result in nents. Qualification of components during the
aus den einzelnen Verfahren (Datenfusion) erfolgen. documented manufacturing processes, whereby, under manufacturing is not possible yet. Therefore, the initial
Die BAM arbeitet hierbei mit Kooperationspartnern optimum process conditions, components with assured objective in the future is to predict the resulting
wie dem Zuse-Institut Berlin (ZIB) zusammen. properties are produced. component properties based on the in-situ measure-
ment data and eventually also to implement an online
Über den Einsatz moderner Datenanalyseverfahren The extraction, processing and analysis of the very adjustment of the process parameters during the
wird sowohl an der Entwicklung einer Methode zur large amounts of data generated by these sensors (Big manufacturing process.
Prozessvalidierung gearbeitet als auch der Einfluss ver- Data) poses a challenge. In order to generate added
schiedener Prozessgrößen auf die Qualität der gefer- value from the data volume, a reduction, visualization
tigten Bauteile untersucht. Die BAM plant hierfür die and correlation of the generated data sets from the
Nutzung von Algorithmen der multivariaten Statistik individual processes must be performed (data fusion).
und des maschinellen Lernens, um über die Model- In this domain, BAM cooperates with partners such as
lierung größerer Datenmengen Muster zu erkennen the Zuse Institute Berlin (ZIB).
bzw. quantitative Zusammenhänge zu erfassen und
© BAM Z.8
somit Vorhersagen von Eigenschaften und Prozess- Using modern data analysis methods, BAM is develop-
ereignissen anhand neuer Daten zu ermöglichen. ing a technique for process validation and evaluation of
the influence of different process variables on the KONTAKT/CONTACT
Gegenwärtig ist bereits zu erkennen, dass die Optimie- quality of the manufactured components. To predict Dr. Christiane Maierhofer
rung von Fertigungsparametern (z.B. Aufbaurate) über part properties and process events based on the Christiane.Maierhofer@bam.de
diese Algorithmen grundsätzlich erfolgen kann. Bisher measured data, BAM is planning to use multivariate
ist jedoch nur die Qualifizierung von bereits additiv statistic and machine learning algorithms in Thermografische Verfahren
gefertigten Bauteilen über die zerstörungsfreie oder die Thermographic Methods
28 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 29NORMUNG UND STANDARDISIERUNG ZU Werkstoffwissenschaft, Schweißtechnik und zer- vessels are covered by the European Pressure Equip-
ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN störungsfreier Prüfung erfolgte. So zeigten sich u. a.
gleiche Ursachen für Defekte beim Schweißen und bei
ment Directive. To use the corresponding pressure
equipment, manufacturing and testing in accordance
der additiven Fertigung. Intensiv diskutiert wurde, with this directive is required. There are currently no
STANDARDIZATION OF ADDITIVE wie eine ausreichende sicherheitstechnische Klassi-
fizierung von Defekten möglich ist und wie darauf
standards for such additively manufactured pressure
equipment on which manufacturers or notified bodies
MANUFACTURING PROCESSES aufbauend geeignete Prüfkonzepte und -methoden für can rely.
die additive Fertigung entwickelt werden könnten.
Insbesondere konnte die Zusammenarbeit wichtiger In order to exchange information on the state of the art
Die BAM ist intensiv an der Entwick- Normungsgremien auf diesem Gebiet initiiert werden. in this field between industry, research institutions,
lung der Normungsdokumentation für standardization bodies and certification bodies, BAM
die additive Fertigung beteiligt. Die BAM wird weiterhin und gemeinsam mit ihren has held round-table discussions in 2018/19. During the
Forschungspartnern die wissenschaftlichen Grund- round-table discussions, analogies with existing
BAM is extensively involved in the lagen für die Erarbeitung geeigneter Normen in der standards and regulations were identified. It was
development of standardisation additiven Fertigung entwickeln. Als neutrale Platt- important that during these discussions there was a
documentation for additive form und Bindeglied zwischen Normung, Forschung cross-linking between experts from different disciplines
manufacturing. und Anwendung konnte die BAM mit den Round- such as plant engineering, materials science, welding
Table-Gesprächen einen erfolgreichen Austausch zur technology and non-destructive testing. Among other
Etablierung einer neuen Technologie aufbauen. things, the same causes for defects in welding and
additive manufacturing were found. Intensive discus-
sions were held on how a safety-related classification of
defects is possible and, on this basis, how suitable test
concepts and methods for additive manufacturing can
The standardization of additive manufacturing pro- be developed. A consequence of this work is that it has
cesses is progressing rapidly and is reflected by an been possible to initiate cooperation between important
annually increasing number of draft standards. The standardization bodies in this field.
scientists at BAM are intensively involved in the
relevant standardisation committees. BAM also offers BAM will continue to develop, together with its
platforms for the exchange of experts, for example for research partners, the scientific basis for the develop-
© BAM Z.8
the establishment of additively manufactured pressure ment of suitable standards in additive manufacturing.
equipment made of metallic materials. As a neutral platform and a link between standardiza-
tion, research and application, BAM was able to
Die Normung additiver Fertigungsverfahren schreitet Druckgeräte einzusetzen, wird eine Herstellung und With the possibilities of additive manufacturing, develop a successful exchange for the establishment of
mit hoher Geschwindigkeit voran und zeigt sich in einer Prüfung gemäß dieser Richtlinie gefordert. Derzeit pressure equipment made of metallic materials can be a new technology with the round-table discussions.
jährlich steigenden Anzahl an Normungsentwürfen. Die existieren weder Normen noch sonstige Standards für manufactured for process equipment systems. These
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BAM derartige additiv gefertigte Druckgeräte, auf die sich include, for example, pipes, valves and small pressure
beteiligen sich intensiv in den entsprechenden Gremien. Hersteller oder notifizierte Stellen stützen könnten. vessels. Many particularly safety-relevant pressure
Auch bietet die BAM Plattformen für den Experten-
austausch an, beispielsweise zur Etablierung additiv Für den Informationsaustausch zum Stand der
gefertigter Druckgeräte aus metallischen Werkstoffen. Technik auf diesem Gebiet zwischen Industrie, For-
© Michael Danner
schungseinrichtungen, Normungsgremien und Zerti-
Mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung lassen fizierungsstellen hat die BAM in den Jahren 2018
sich Druckgeräte aus metallischen Werkstoffen für und 2019 Round-Table-Gespräche ausgerichtet. Bei KONTAKT/CONTACT
verfahrenstechnische Anlagen herstellen. Dabei han- diesen Round-Table-Gesprächen wurden Analogien Dr. Michael Nitsche
delt es sich beispielsweise um Rohrleitungen, Ventile zu bereits bestehenden Normen und Regelwerken Michael.Nitsche@bam.de
und kleine Druckbehälter. Eine Vielzahl besonders aufgezeigt. Wichtig war, dass bei diesen Gesprächen
sicherheitsrelevanter Druckbehälter fällt unter die eine Quervernetzung zwischen Experten unterschied- Qualitätsinfrastruktur
europäische Druckgeräterichtlinie. Um entsprechende licher Fachdisziplinen wie Anlagenbau, Material- und Quality Infrastructure
30 ADDITIVE FERTIGUNG AN DER BAM | Sicherheit im Fokus ADDITIVE MANUFACTURING | We focus on safety 31Sie können auch lesen
