Machine learning–aided real-time detection of keyhole pore generation in laser powder bed fusion

锁孔 多孔性 材料科学 激光器 融合 多物理 同步加速器 光学 复合材料 物理 热力学 焊接 语言学 有限元法 哲学
作者
Zhongshu Ren,Lin Gao,Samuel J. Clark,Kamel Fezzaa,Pavel Shevchenko,Ann Choi,Wes Everhart,Anthony D. Rollett,Lianyi Chen,Tao Sun
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:379 (6627): 89-94 被引量:277
标识
DOI:10.1126/science.add4667
摘要

Porosity defects are currently a major factor that hinders the widespread adoption of laser-based metal additive manufacturing technologies. One common porosity occurs when an unstable vapor depression zone (keyhole) forms because of excess laser energy input. With simultaneous high-speed synchrotron x-ray imaging and thermal imaging, coupled with multiphysics simulations, we discovered two types of keyhole oscillation in laser powder bed fusion of Ti-6Al-4V. Amplifying this understanding with machine learning, we developed an approach for detecting the stochastic keyhole porosity generation events with submillisecond temporal resolution and near-perfect prediction rate. The highly accurate data labeling enabled by operando x-ray imaging allowed us to demonstrate a facile and practical way to adopt our approach in commercial systems.
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