A deep learning framework for layer-wise porosity prediction in metal powder bed fusion using thermal signatures

多孔性 材料科学 融合 过程(计算) 热的 图层(电子) 计算机科学 工艺工程 复合材料 工程类 语言学 操作系统 物理 哲学 气象学
作者
Yuwei Mao,Hui Lin,Christina Xuan Yu,Roger Frye,Darren Beckett,Kevin J. Anderson,Lars Jacquemetton,Fred Carter,Zhangyuan Gao,Wei‐keng Liao,Alok Choudhary,Kornel F. Ehmann,Ankit Agrawal
出处
期刊:Journal of Intelligent Manufacturing [Springer Science+Business Media]
卷期号:34 (1): 315-329 被引量:32
标识
DOI:10.1007/s10845-022-02039-3
摘要

Abstract Part quality manufactured by the laser powder bed fusion process is significantly affected by porosity. Existing works of process–property relationships for porosity prediction require many experiments or computationally expensive simulations without considering environmental variations. While efforts that adopt real-time monitoring sensors can only detect porosity after its occurrence rather than predicting it ahead of time. In this study, a novel porosity detection-prediction framework is proposed based on deep learning that predicts porosity in the next layer based on thermal signatures of the previous layers. The proposed framework is validated in terms of its ability to accurately predict lack of fusion porosity using computerized tomography (CT) scans, which achieves a F1-score of 0.75. The framework presented in this work can be effectively applied to quality control in additive manufacturing. As a function of the predicted porosity positions, laser process parameters in the next layer can be adjusted to avoid more part porosity in the future or the existing porosity could be filled. If the predicted part porosity is not acceptable regardless of laser parameters, the building process can be stopped to minimize the loss.
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