Sensorische Prozessführung für das Laser-Pulver-Auftragschweißen

Dieses Buch präsentiert eine praxisnahe Forschungsarbeit zur Entwicklung eines akustischen Monitoringsystems für das Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA). Ausgangspunkt ist die Problematik kritischer Defekte (Risse, Delamination) beim materialheterogenen Auftragschweißen und die Frage, welche Sensorik verlässlich zur frühen Defekterkennung und Prozesssteuerung eingesetzt werden kann. Mit Hilfe einer systematischen Bewertung von 34 Sensorkonfigurationen wurde ein Monitoringsystem auf Basis von akustischen Luftschallemissionen als robustes, flexibles und kosteneffizientes Messverfahren mit hohem Entwicklungspotential identifiziert. Das entwickelte Monitoringsystem gliedert sich in zwei Teilsysteme: Teilsystem I analysiert zeit- und frequenzaufgelöste akustische Prozessemissionen mittels Richtmikrofon. Transiente Ereignisse — charakteristisch bei etwa 12 kHz — werden über Short-Time-Fourier beschrieben; gezielte Filter heben relevante Signale heraus. Als messbare Qualitätsgröße dient der Delaminationsgrad, für den eine signifikante Korrelation zur Zeit bis zum Auftreten starker transienter Ereignisse nachgewiesen wird, sodass kritische Defekte identifizierbar sind. Teilsystem II ermöglicht die ortsaufgelöste Zuordnung dieser akustischen Ereignisse im Bauraum. Das Laufzeitunterschied-Verfahren mit einer kreisförmigen Anordnung von sechs Sensoren und dem Differenzquadrat-Verfahren erbringt die beste Lokalisierungsleistung. Beide Teilsysteme wurden unter realen Prozessbedingungen validiert, iterativ optimiert und in eine Prozesskammer für ein LPA-System integriert. Das Buch richtet sich an Forscher und Anwender in der additiven Fertigung: Es beschreibt Konzeptentwicklung, Signalverarbeitung, Validierung und industrielle Relevanz eines In-Prozess-Monitoringssystems, das frühzeitige Defekterkennung, gezielte Prozesssteuerung und damit signifikante Einsparungen bei Zeit und Kosten ermöglicht.

Julian Ulrich Weber studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und hat den Masterstudiengang Mechanical Engineering and Management im Jahr 2019 abgeschlossen. Nach dem Studium hat er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IAPT mit der Forschung und Entwicklung von Sensor- und Automatisierungslösungen für additive Produktionstechnologien begonnen und ist seit 2022 für die Gruppe Linienintegration verantwortlich. Im Jahr 2025 promovierte Julian Ulrich Weber mit der vorliegenden Arbeit an der TUHH bei Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann.

Motivation und Einleitung.- Stand der Wissenschaft und Technik.- Methodischer Aufbau der Arbeit.- Potentialbewertung sensorischer Messverfahren.- Experimentelle Konzeption des akustischen Monitoringsystems.- Konzeptvalidierung.- Schlussbetrachtung.