AI-driven interpretation and prediction of embedded printability based on rheology

流变学 计算机科学 人工智能 口译(哲学) 解码方法 人工神经网络 机器学习 墨水池 配对 流量(数学) 预测建模 算法 过程(计算) 复杂系统 模式识别(心理学) 深度学习 工作(物理)
作者
Xianhao Zhou,Zhenrui Zhang,Jintian Yu,Lixi Ma,Sicheng Ma,Bingyan Wu,Zixuan Wang,Ting Zhang,Yongcong Fang,Zhuo Xiong
出处
期刊:Bio-design and manufacturing [Springer Science+Business Media]
卷期号:9 (1): 63-79 被引量:1
标识
DOI:10.1631/bdm.2500456
摘要

Embedded printing is a highly promising approach for creating complex structures within a yield-stress support bath. However, the accurate prediction and control of printability remain fundamental challenges due to the complex interactions between inks and support baths. Here, we present an artificial intelligence (AI)-driven framework that interprets and predicts embedded printability using rheological data. Using a standardized workflow, we extracted 21 rheological descriptors and established 12 indicators to evaluate structural continuity and geometric fidelity. Interpretable machine learning models revealed that direction-dependent defects are governed by the synergistic interplay among ink yield stress, support bath zero-shear viscosity, flow behavior index, and time constant. To enable the prediction of printability in a generalizable manner, we further developed a cascaded neural network, which achieved mean relative prediction errors below 15% across all indicators. Experimental validation using three-dimensional (3D)-printed constructs and micro-computed tomography (μCT) reconstructions confirmed a strong correlation between predicted and actual fidelity. This work establishes a physics-informed, data-driven paradigm for decoding and optimizing embedded printing, offering broad applicability and providing a robust tool for the rapid pairing of suitable printable ink-support bath combinations.
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