Machine learning based data driven inkjet printed electronics: jetting prediction for novel inks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Machine learning (ML) as a predictive methodology can potentially reduce the configuration cost and workload of inkjet printing. Inkjet printing has many advantages for additive manufacturing and printed electronics including low cost, scalability, non-contact printing and on-demand customization. Inkjet generates droplets with a piezoelectric dispenser controlled through frequency, voltage pulse and timing parameters. A major challenge is the design of jettable inks and the rapid optimization of stable jetting conditions whilst preventing common problems (no ejection, perturbation, satellite drop, multiple drops, drop breaking, nozzle clogging). Material consuming trial and error experiments are replaced here with a ML based jetting window. A dataset of machine and material properties is created from literature and experimental data. After exploratory data analysis and feature identification, various (linear and non-linear) regression models are compared in detail. The models are trained on 80% of the data and root mean square error (RMSE) is calculated on 20% test data. Simple polynomial relationships between the input and output features yield coarse prediction. Instead, small ensembles of decision trees (DTs) (boosted DTs and random forests) have improved predictive power for drop velocity and radius with RMSE of 0.39 m s−1 and 2.21 µm respectively. The mean absolute percentage error is 3.87%. The models are validated with experimentally collected data for a novel ink where no data points with this ink were included in the training set. Additionally, several classification algorithms are utilized to categorize ink and printer parameters by jetting regime (‘single drop’, ‘multiple drops’, ‘no ejection’). Categorization and regression models are combined to improve overall model prediction. This article demonstrates that ML can be used to predict ink jetting behavior from 11 different ink and printing parameters. Different algorithms are analyzed and the optimal combination of algorithms is identified. It is shown that experimental and literature data can be combined and an initial dataset is created that other reserachers can build on in the future. ML enables efficient material and printing parameter selection speeding up the development of novel ink materials for printed electronics by eliminating jetting experiments that are money, time and material intensive.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».