Laser powder bed fusion of metals by a laser beam (PBF-LB M) due to its industrial
applicability represents a promising additive manufacturing technology for future production.
The layerwise and selective melting of a powder layer enables an increased freedom in design.
However local process deviations can impede the mechanical properties. Therefore applicable
sensors are necessary for their detection and further industrial adoption of the process. This
thesis reports on identified correlations of properties of spatter particles to the microscopic
process behavior and process zone formation and their applicability within the industrial
process environment. For this first a dedicated particle tracking velocimetry method is
developed to spatially and temporally resolve the trajectories of the individual particles.
Statistical spatter measurements are correlated to process observations revealing their
connection to evaporation-driven mechanisms of the process. The applicability for the
quantification of process-relevant measures of the microscopic process zone as well as the
robustness of the identified correlations against changing process environments are
investigated. Based on this the transferability of the results from the lab environment into
an industrially applicable sensing approach is demonstrated enabled by a dedicated data
processing approach for the derivation of spatter properties in real-time. Aufgrund seiner
industriellen Anwendbarkeit stellt das Laserstrahlschmelzen von Metallen im Pulverbett ein
vielversprechendes Fertigungsverfahren für die Produktion der Zukunft dar. Das selektive und
schichtweise Aufschmelzen einer Pulverschicht eröffnet im Vergleich zu konventionellen
Verfahren eine größere Gestaltungsfreiheit. Lokale Prozessabweichungen können jedoch die
Bauteileigenschaften beeinflussen und daher sind entsprechende Sensoren zur Erfassung dieser
für einen breiteren industriellen Einsatz notwendig. In dieser Arbeit werden Korrelationen
zwischen den Eigenschaften von Spritzerpartikeln zur mikroskopischen Ausformung der Prozesszone
untersucht. Hierfür wird zunächst eine Methode zur Partikelverfolgung entwickelt welche es
erlaubt die Trajektorien der einzelnen Partikel zeitlich und räumlich aufzulösen. Die
statistischen Eigenschaften der Partikel werden mit Prozessuntersuchungen abgeglichen wodurch
ihre Korrelation zu verdampfungsgetriebenen Mechanismen innerhalb der Prozesszone ersichtlich
wird. Anschließend wird die Anwendbarkeit der Korrelationen zur Quantifizierung mikroskopischer
Prozesszonenmerkmale untersucht sowie der Einfluss sich ändernder Prozessbedingungen auf die
identifizierten Beziehungen. Durch eine prototypische Umsetzung mittels Parallelisierung der
Datenverarbeitung und der Spezifizierung auf Basis der Messergebnisse wird abschließend die
Übertragbarkeit der Ergebnisse auf einen industriell einsetzbaren Sensoransatz demonstriert.
