Designing materials by laser powder bed fusion with machine learning-driven bi-objective optimization

分类 材料科学 融合 实验设计 多目标优化 过程(计算) 计算机科学 克里金 遗传算法 工艺工程 生物系统 数学优化 算法 机器学习 数学 工程类 语言学 生物 统计 操作系统 哲学
作者
Denys Y. Kononenko,Dmitry Chernyavsky,Wayne E. King,J. Hufenbach,Jeroen van den Brink,Konrad Kosiba
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier]
卷期号:30: 6802-6811 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2024.05.046
摘要

To exploit the full industrial potential of additive manufacturing (AM) beyond prototyping, the resource-consuming identification of the optimal processing conditions needs to be minimized. This task becomes more challenging when multiple properties of the part shall be simultaneously optimized. We utilize ML methods in a case study on LPBF of a Zr-based glass-forming alloy. Our experiments show that processing parameters affect density and amorphicity opposingly, demonstrating the efficacy of our ML-based approach. We employ multi-objective optimization using Gaussian Process Regression to model and predict target properties and their uncertainties of parts fabricated by laser powder bed fusion (LPBF) – a widely used metal AM technology. With density and amorphicity as target parameters, we optimize models using the Pareto front facilitated by the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II. Despite deviations in the amorphicity data, we demonstrate this method to identify the high-performance region of the process parameters and its ability to be iteratively enhanced with additional experimental data. This bi-objective optimization approach provides a robust toolset for navigating LPBF processing. It can be easily extended to a larger set of target properties and transferred to further AM technologies.
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