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Enregistrement W4415097695 · doi:10.1016/j.matchar.2025.115645

Accelerated quantification of reinforcement degradation in additively manufactured Ni-WC metal matrix composites via SEM and vision transformers

2025· article· en· W4415097695 sur OpenAlexafffund
Mutahar Safdar, Bashir Kazimi, Karina Ruzaeva, Gentry Wood, Max Zimmermann, Guy Lamouche, Priti Wanjara, Stefan Sandfeld, Yaoyao Fiona Zhao

Notice bibliographique

RevueMaterials Characterization · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdditive Manufacturing Materials and Processes
Établissements canadiensMcGill UniversityNational Research Council Canada
Organismes subventionnairesNational Research Council Canada
Mots-clésSegmentationScanning electron microscopeTransformerPattern recognition (psychology)ReinforcementDilutionMatrix (chemical analysis)Market segmentation

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Machine learning (ML) applications have shown potential in analyzing complex patterns in additively manufactured (AMed) structures. Metal matrix composites (MMC) offer the potential to enhance functional parts through a metal matrix and reinforcement particles. However, their processing can induce several co-existing anomalies in the microstructure, which are difficult to analyze through optical metallography. Scanning electron microscopy (SEM) can better highlight the degradation of reinforcement particles, but the analysis can be labor-intensive, time-consuming, and highly dependent on expert knowledge. Deep learning-based semantic segmentation has the potential to expedite the analysis of SEM images and hence support their characterization in the industry. This capability is particularly desired for rapid and precise quantification of defect features from the SEM images. In this study, key state-of-the-art semantic segmentation methods from self-attention-based vision transformers (ViTs) are investigated for their segmentation performance on SEM images with a focus on segmenting defect pixels. Specifically, SegFormer, MaskFormer, Mask2Former, UPerNet, DPT, Segmenter, and SETR models were evaluated. A reference fully convolutional model, DeepLabV3+, widely used on semantic segmentation tasks, is also included in the comparison. A SEM dataset representing AMed MMCs was generated through extensive experimentation and is made available in this work. Our comparison shows that several transformer-based models perform better than the reference CNN model with UPerNet (94.33 % carbide dilution accuracy) and SegFormer (93.46 % carbide dilution accuracy) consistently outperformed the other models in segmenting damage to the carbide particles in the SEM images. The findings on the validation and test sets highlight the most frequent misclassification errors at the boundaries of defective and defect-free pixels. The models were also evaluated based on their prediction confidence as a practical measure to support decision-making and model selection. As a result, the UPerNet model with the Swin backbone is recommended for segmenting SEM images from AMed MMCs in scenarios where accuracy and robustness are desired whereas the SegFormer model is recommended for its lighter design and competitive performance. In the future, the analysis can be extended by including higher capacity as well as smaller models in the comparison. Similarly, variations in specific hyperparameters can be investigated to reinforce the rationale of selecting a specific configuration. • Damaged carbide phases are identified from scanning electron microscopy to assess thermal effects during processing. • A deep learning framework is developed to segment and quantify reinforcement degradation in metal matrix composites. • Predicted segmentations closely match expert labels, confirming the model's accuracy across microstructural classes. • Transformer-based models show better performance than conventional methods in identifying degraded carbide regions. • A labeled dataset of microscopy images is provided to support further research on automated microstructural analysis.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,005

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,010
Tête enseignante GPT0,250
Écart entre enseignants0,240 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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