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Enregistrement W7131074090 · doi:10.1115/imece2025-166726

Machine Learning Based Data Driven Prediction of Process-Induced Porosity in LPBF Using CT Scan Data and Thermal Modeling

2025· article· W7131074090 sur OpenAlexaff
Abdul Qadeer, Aazim Shafi Lone, S. Sohail Akhtar, Abba A. Ababakar, Abul Fazal M. Arif, A. J. Qureshi

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langue
DomaineEngineering
ThématiqueAdditive Manufacturing Materials and Processes
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPorosityArtificial neural networkData-drivenClassifier (UML)Convolutional neural networkMultilayer perceptronPorous mediumThermal

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Laser Metal Additive Manufacturing (MAM) offers a unique opportunity to produce complex parts with internal structures, enabling tailored mechanical and functional properties. Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is widely used to fabricate intricate geometries, including porous structures that serve diverse applications. In dense components, porosity is typically minimized to enhance mechanical performance. However, in specific applications, controlled porosity can be beneficial such as increasing permeability for filtration, enhancing osteointegration in biomedical implants, or reducing strength to mitigate stress shielding effects. Porosity in LPBF parts can be introduced either through designed lattice pore structures or process-induced porosity. The latter, controlled at the melt pool level, is particularly challenging to predict due to complex interactions of melt pool dynamics, surface tension effects, and localized instabilities, leading to striation and pore agglomeration at melt pool nodes. Accurate prediction of the resulting porous structure under different processing conditions is crucial for optimizing the functional performance of LPBF components. This study presents a data-driven modeling approach for rapid and accurate prediction of process-induced porous structures in LPBF. A deep learning framework integrating Convolutional Neural Networks (CNN) and Multi-Layer Perceptron (MLP) is developed to predict structural features based on process parameters. The model is trained and validated using CT scan slice data extracted from multiple regions of fabricated samples, ensuring a comprehensive representation of pore structures. To streamline data extraction, a custom Python script is developed to automate CT scan processing. This enables efficient handling of large datasets while maintaining accuracy in capturing structural details. The extracted data is converted into structured 256 × 256 grayscale images. To further enhance predictive accuracy, a conduction-based thermal model using ANSYS is employed to supplement the dataset with simulated results. This physics-based model provides insights into heat distribution, offering a more comprehensive understanding of process-induced porosity. By incorporating both experimental CT data and simulation results, this hybrid approach creates a robust dataset for modeling the interactions governing porosity formation in LPBF. One key advantage is its ability to overcome the limitations of experimental data, which are often constrained by specific process conditions. Integrating simulation-derived data extends the model’s applicability across a wider process space and improves predictive performance. The results demonstrate a highly accurate and computationally efficient framework for mapping process-structure relationships in LPBF-fabricated 17-4 PH stainless steel components. This study supports the optimization of process conditions, enabling improved control over porosity and enhancing the functional performance of additively manufactured porous structures. The proposed AI-driven model significantly reduces computational costs and experimental effort, providing a scalable approach for process optimization in metal additive manufacturing.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,068
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,065
Tête enseignante GPT0,287
Écart entre enseignants0,221 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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