Porosity of LMD manufactured parts analyzed by Archmimedes method and CT

Pores in additive manufactured metal parts occur due to different reasons and affect the part quality negatively. Few investigations on the origins of porosity are available, especially for Ni-based super alloys. This paper presents a new study to examine the influence of common processing parameters on the formation of pores in parts built by laser metal deposition using Inconel 718 powder. Further, a comparison between the computed tomography (CT) and the Archimedes method was made. The investigation shows that CT is able to identify different kinds of pores and to give further information about their distribution. The identification of some pores as well as their shape can be dependent on the parameter setting of the analysis tool. Due to limited measurement resolution, CT is not able to identify correctly pores with diameters smaller than 0.1 mm, which leads to a false decrease in overall porosity. The applied Archimedes method is unable to differentiate between gas porosity and other kinds of holes like internal cracks or lack of fusion, but it delivered a proper value for overall porosity. The method was able to provide suitable data for the statistical evaluation with design of experiments, which revealed significant parameters on the formation of pores in LMD.

Das Auftreten von Poren in additiv gefertigten Teilen hat verschiedene Ursachen und beeinflusst die Qualität der Konstruktion negativ. Besonders für die Verarbeitung von Nickelsuperlegierungen ist zu den Mechanismen der Porenbildung wenig bekannt. Diese Arbeit untersucht daher den Einfluss typischer Prozessparameter auf die Porenbildung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) von Inconel 718. Zusätzlich wird ein Vergleich zweier Porositätsmessverfahren, der Computertomografie (CT) und der Archimedesmethode, vorgenommen. Die Untersuchung zeigt, dass das CT Aussagen über die Art, Größe und Verteilung der Poren treffen kann. Die Erkennung einiger Poren ebenso wie ihre Form kann von den gewählten Parametern des Analyse-Tools abhängen. Aufgrund der begrenzten Auflösung des CTs für Inconel 718, konnten Poren unter einem Durchmesser von 0.1 mm nicht sicher identifiziert werden, was zu einer falschen Verringerung der Gesamtporosität führte. Die Archimedesmethode hingegen ist nicht in der Lage zwischen Poren und anderen Hohlräumen wie Anbindungsfehlern oder Rissen zu unterscheiden. Allerdings liefert diese einen verlässlichen Wert für die Gesamtporosität einer Probe. Anhand der nach dem Archimedischen Verfahren ermittelten Porosität konnten mit einem zentral-zusammengesetzten Versuchsplan signifikante Prozessparameter für die Porenbildung beim LPA identifiziert werden.