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Prediction of single track clad quality in laser metal deposition using dissimilar materials: Comparison of machine learning-based approaches

平均绝对百分比误差 均方误差 材料科学 人工神经网络 超参数 近似误差 激光功率缩放 梯度升压 背景(考古学) 计算机科学 人工智能 机器学习 统计 算法 数学 激光器 随机森林 光学 古生物学 物理 生物
作者
Pascal Paulus,Yannick Ruppert,Michael Vielhaber,Juergen Griebsch
出处
期刊:Journal of Laser Applications [Laser Institute of America]
卷期号:35 (4)
标识
DOI:10.2351/7.0001108
摘要

Powder-based laser metal deposition (LMD) offers a promising additive manufacturing process, given the large number of available materials for cladding or generative applications. In laser cladding of dissimilar materials, it is necessary to control the mixing of substrate and additive in the interaction zone to ensure safe metallurgical bonding while avoiding critical chemical compositions that lead to undesired phase precipitation. However, the generation of empirical data for LMD process development is very challenging and time-consuming. In this context, different machine learning models are examined to identify whether they can converge with a small amount of empirical data. In this work, the prediction accuracy of back propagation neural network (BPNN), long short-term memory (LSTM), and extreme gradient boosting (XGBoost) was compared using mean squared error (MSE) and mean absolute percentage error (MAPE). A hyperparameter optimization was performed for each model. The materials used are 316L as the substrate and VDM Alloy 780 as the additive. The dataset used consists of 40 empirically determined values. The input parameters are laser power, feed rate, and powder mass flow rate. The quality characteristics of height, width, dilution, Fe-amount, and seam contour are defined as outputs. As a result, the predictions were compared with retained validation data and described as MSE and MAPE to determine the prediction accuracy for the models. BPNN achieved a prediction accuracy of 0.0072 MSE and 4.37% MAPE and XGBoost of 0.0084 MSE and 6.34% MAPE. The most accurate prediction was achieved by LSTM with 0.0053 MSE and 3.75% MAPE.

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