FDM 3D printing surface quality optimisation: multi-objective parameter control based on hybrid machine learning and response surface methodology

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作者
Jie Gao,Siyuan Huang,Tiantian Zhang,Xin Zhou,Fulong Liu
出处
期刊:Nondestructive Testing and Evaluation [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-38 被引量:3
标识
DOI:10.1080/10589759.2025.2591853
摘要

Fused Deposition Modelling (FDM) offers notable advantages in material utilisation and manufacturing flexibility, but surface quality issues such as warping, stringing, and roughness limit its application in high-precision fields. This study developed and validated an integrated framework for the high-accuracy prediction of multi-region surface morphology and the intelligent coordinated optimisation of process parameters for Polylactic Acid (PLA) specimens fabricated by FDM, thereby significantly enhancing surface quality control. Among them, we employed a Design of Experiments (DOE) approach to systematically investigate key process parameters. Using non-contact measurement, we acquired 3D point cloud data to calculate areal roughness parameters (Sa, Sq). Machine learning algorithms, including random forest (95.83% accuracy), evaluated parameter importance, while response surface methodology modeled interactions. A multi-objective optimization framework integrating desirability function and entropy weight method identified the optimal parameter combination: extrusion temperature 180.0°C, infill density 52.50%, extrusion rate 95.00%, Z-axis height -1.565 mm, and heated bed temperature 62.5°C. This integrated methodology combining data-driven modeling with multi-objective optimization provides both theoretical and practical advancements for surface quality improvement in high-precision FDM applications.
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