Accurate and efficient predictions of keyhole dynamics in laser materials processing using machine learning-aided simulations
Notice bibliographique
Résumé
The keyhole phenomenon has been widely observed in laser materials processing, including laser welding, remelting, cladding, drilling, and additive manufacturing. Keyhole-induced defects, primarily pores, dramatically affect the performance of final products, impeding the broad use of these laser-based technologies. The formation of these pores is typically associated with the dynamic behavior of the keyhole. So far, the accurate characterization and prediction of keyhole features, particularly keyhole depth, as a function of time, has been a challenging task. In situ characterization of keyhole dynamic behavior using the synchrotron X-ray technique is informative but complicated and expensive. Current simulations are generally hindered by their poor accuracy and generalization abilities in predicting keyhole depths due to the lack of accurate laser absorptance data. In this study, we develop a machine learning-aided simulation method that accurately predicts keyhole dynamics, especially in keyhole depth fluctuations, over a wide range of processing parameters. In two case studies involving titanium and aluminum alloys, we achieve keyhole depth prediction with a mean absolute percentage error of 10 %, surpassing those simulated using the ray-tracing method with an error margin of 30 %, while also reducing computational time. This exceptional fidelity and efficiency empower our model to serve as a cost-effective alternative to synchrotron experiments. Our machine learning-aided simulation method is affordable and readily deployable for a large variety of materials, opening new doors to eliminate or reduce defects for a wide range of laser materials processing techniques.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».