Optimization of multistage femtosecond laser drilling process using machine learning coupled with molecular dynamics

计算机科学 过程(计算) 吞吐量 工艺优化 飞秒 激光器 机器学习 人工智能 工程类 光学 物理 操作系统 电信 环境工程 无线
作者
Chenchong Wang,Zhen Zhang,Xueyong Jing,Zenan Yang,Wei Xu
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier BV]
卷期号:156: 108442-108442 被引量:113
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2022.108442
摘要

• An efficient and low-cost optimization framework for femtosecond laser processing is proposed. • A new four-stage drilling process is proposed and optimized using the process optimization framework. • The optimized solutions to improve both drilling efficiency, recast layer and taper are obtained. Although femtosecond laser percussion drilling is widely used in many key industrial manufacturing fields, the quality of micro-holes limits its service performance. The traditional trial and error method and physical model are always time and cost consuming for process optimization. To address this problem, a process optimization framework coupled with molecular dynamics simulation, machine learning and a high-throughput optimization algorithm is proposed. The physical information obtained by molecular dynamics enriches the data set used to train machine learning model, and thus reducing the amount of data required. Machine learning can quickly and accurately establish the regression model between laser parameters and target machining performance, and high-throughput optimization algorithm is responsible for determining the optimal process in the process space. For femtosecond laser percussion drilling, a new four-stage drilling process is proposed and optimized using the coupling process optimization framework to solve efficiency and quality problems. Finally, the experimental validation for Ni-based single crystal superalloy verifies the reliability of the optimized process. The framework can be extended to other complex systems to realize process optimization with high efficiency and low cost in laser material processing technology.
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