Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tạo bề mặt địa hình tổng hợp trong sản xuất gia công thêm bằng cách sử dụng mạng đối kháng sinh sản phát triển dần
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-16 - 2023
Tóm tắt
Việc tạo ra địa hình bề mặt tổng hợp theo phương pháp số mà gần giống với các đặc điểm và tính chất của các phép đo địa hình bề mặt thực nghiệm sẽ giảm thiểu nhu cầu thực hiện những phép đo phức tạp và tốn kém này. Tuy nhiên, các thuật toán hiện có để tạo bề mặt địa hình theo phương pháp số chưa phù hợp để tạo ra các đặc điểm và hình khối cụ thể của bề mặt thực tế do quá trình nấu chảy bằng laser (LPBF) tạo ra, chẳng hạn như các hạt kim loại bị nấu chảy một phần, độ xốp, các đường quét laser và hiện tượng tích tụ. Do đó, chúng tôi giới thiệu một phương pháp để tạo ra bản đồ địa hình bề mặt tổng hợp LPBF bằng cách sử dụng một mạng đối kháng sinh sản phát triển dần. Chúng tôi chứng minh một cách định tính và định lượng sự tương đồng tốt giữa bản đồ địa hình bề mặt tổng hợp và thực nghiệm LPBF bằng cách sử dụng các tham số địa hình bề mặt diện tích và xác định, mật độ phổ quang phổ trung bình theo hướng vòng tròn, và các đường cong tỷ lệ vật liệu. Khả năng tạo ra chính xác các bản đồ địa hình bề mặt tổng hợp LPBF giảm bớt gánh nặng thực nghiệm trong việc thực hiện một số lượng lớn các phép đo địa hình bề mặt. Hơn nữa, nó tạo điều kiện để kết hợp các phép đo thực nghiệm với các bản đồ địa hình bề mặt tổng hợp nhằm tạo ra các tập dữ liệu lớn, từ đó phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như liên kết địa hình bề mặt thực tế với các thông số quy trình LPBF, hoặc triển khai các bản sao bề mặt số để theo dõi các bộ phận LPBF phức tạp trong các ứng dụng cuối cùng khác nhau.
Từ khóa
#địa hình bề mặt tổng hợp #sản xuất gia công thêm #mạng đối kháng sinh sản #nấu chảy bằng laser #LPBFTài liệu tham khảo
Gibson I, Rosen D, Stucker B, Khorasani M, Rosen D, Stucker B, Khorasani M. Additive Manufacturing Technologies. Springer New York, New York, 2021.
Blakey-Milner B, Gradl P, Snedden G, Brooks M, Pitot J, Lopez E, Leary M, Berto F, du Plessis A. Metal additive manufacturing in aerospace: A review. Mater Des 209: 110008 (2021)
Kerstens F, Cervone A, Gradl P. End to end process evaluation for additively manufactured liquid rocket engine thrust chambers. Acta Astronaut 182: 454–465 (2021)
Snyder J C, Thole K A. Effect of additive manufacturing process parameters on turbine cooling. J Turbomach 142(5): 051007 (2020)
Leal R, Barreiros F M, Alves L, Romeiro F, Vasco J C, Santos M, Marto C. Additive manufacturing tooling for the automotive industry. Int J Adv Manuf Technol 92(5–8): 1671–1676 (2017)
Vasco J C. Additive manufacturing for the automotive industry. In: Additive Manufacturing. Amsterdam: Elsevier: 505–530, 2021
Singh S, Ramakrishna S. Biomedical applications of additive manufacturing: Present and future. Curr Opin Biomed Eng 2: 105–115 (2017)
Puppi D, Chiellini F. Biodegradable polymers for biomedical additive manufacturing. Appl Mater Today 20: 100700 (2020)
Murr L E, Gaytan S M, Medina F, Lopez H, Martinez E, Machado B I, Hernandez D H, Martinez L, Lopez M I, Wicker R B, et al. Next-generation biomedical implants using additive manufacturing of complex, cellular and functional mesh arrays. Philos Trans A Math Phys Eng Sci 368(1917): 1999–2032 (2010)
Kumbhar N N, Mulay A V. Post processing methods used to improve surface finish of products which are manufactured by additive manufacturing technologies: A review. J Inst Eng Ind Ser C 99(4): 481–487 (2018)
Carter L N, Martin C, Withers P J, Attallah M M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy. J Alloys Compd 615: 338–347 (2014)
Jiang R B, Mostafaei A, Pauza J, Kantzos C, Rollett A D. Varied heat treatments and properties of laser powder bed printed Inconel 718. Mater Sci Eng A 755: 170–180 (2019)
Newell D J, O’Hara R P, Cobb G R, Palazotto A N, Kirka M M, Burggraf L W, Hess J A. Mitigation of scan strategy effects and material anisotropy through supersolvus annealing in LPBF IN718. Mater Sci Eng A 764: 138230 (2019)
Lee S C, Chang S H, Tang T P, Ho H H, Chen J K. Improvement in the microstructure and tensile properties of inconel 718 superalloy by HIP treatment. Mater Trans 47(11): 2877–2881 (2006)
Tian Z H, Zhang C Q, Wang D Y, Liu W, Fang X Y, Wellmann D, Zhao Y T, Tian Y T. A review on laser powder bed fusion of inconel 625 nickel-based alloy. Appl Sci 10(1): 81 (2019)
Mohammadian N, Turenne S, Brailovski V. Surface finish control of additively-manufactured Inconel 625 components using combined chemical-abrasive flow polishing. J Mater Process Technol 252: 728–738 (2018)
Pyka G, Kerckhofs G, Papantoniou I, Speirs M, Schrooten J, Wevers M. Surface roughness and morphology customization of additive manufactured open porous Ti6Al4V structures. Materials 6(10): 4737–4757 (2013)
Calignano F, Manfredi D, Ambrosio E P, Iuliano L, Fino P. Influence of process parameters on surface roughness of aluminum parts produced by DMLS. Int J Adv Manuf Technol 67(9–12): 2743–2751 (2013)
Lesyk D A, Martinez S, Mordyuk B N, Dzhemelinskyi V V, Lamikiz, Prokopenko G I. Post-processing of the Inconel 718 alloy parts fabricated by selective laser melting: Effects of mechanical surface treatments on surface topography, porosity, hardness and residual stress. Surf Coat Technol 381: 125136 (2020)
Özel T, Altay A, Kaftanoğlu B, Leach R, Senin N, Donmez A. Focus variation measurement and prediction of surface texture parameters using machine learning in laser powder bed fusion. J Manuf Sci Eng 142(1): 011008 (2020)
Raeymaekers B, Talke F E. The effect of laser polishing on fretting wear between a hemisphere and a flat plate. Wear 268(5–6): 416–423 (2010)
ISO. ISO 21920-2:2021. Geometrical product specifications (GPS)—Surface texture: Areal—Part 2: Terms, definitions, and surface texture parameters. International Organization for Standardization, 2012.
Detwiler S, Watring D, Spear A, Raeymaekers B. Relating the surface topography of as-built Inconel 718 surfaces to laser powder bed fusion process parameters using multivariate regression analysis. Precis Eng 74: 303–315 (2022)
Detwiler S, Raeymaekers B. Deriving data-driven models that relate deterministic surface topography parameters of as-built Inconel 718 surfaces to laser powder bed fusion process parameters. J Tribol 144(12): 121703 (2022)
Elambasseril J, Rogers J, Wallbrink C, Munk D, Leary M, Qian M. Laser powder bed fusion additive manufacturing (LPBF-AM): The influence of design features and LPBF variables on surface topography and effect on fatigue properties. Crit Rev Solid State Mater Sci 48(1): 132–168 (2023)
Watring D S, Carter K C, Crouse D, Raeymaekers B, Spear A D. Mechanisms driving high-cycle fatigue life of as-built Inconel 718 processed by laser powder bed fusion. Mater Sci Eng A 761: 137993 (2019)
Raeymaekers B. Design of Mechanical Elements: A Concise Introduction to Mechanical Design Considerations and Calculations. John Wiley & Sons, 2022.
Leach R K. Fundamental principles of engineering nanometrology. Elsevier, 2010.
Whitehouse D J. Handbook of Surface Metrology. CRC Press, 1994.
Pawlus P, Reizer R, Wieczorowski M. A review of methods of random surface topography modeling. Tribol Int 152: 106530 (2020)
Ganti S, Bhushan B. Generalized fractal analysis and its applications to engineering surfaces. Wear 180(1–2): 17–34 (1995)
Majumdar A, Bhushan B. Role of fractal geometry in roughness characterization and contact mechanics of surfaces. J Tribol 112(2): 205–216 (1990)
Majumdar A, Bhushan B. Fractal model of elastic-plastic contact between rough surfaces. J Tribol 113(1): 1–11 (1991)
Persson B N J. On the fractal dimension of rough surfaces. Tribol Lett 54(1): 99–106 (2014)
Francis H A. A finite surface element model for plane-strain elastic contact. Wear 76(2): 221–245 (1982)
Megalingam A, Mayuram M M. Comparative contact analysis study of finite element method based deterministic, simplified multi-asperity and modified statistical contact models. J Tribol 134(1): 1 (2012)
Pasaribu H R, Schipper D J. Application of a deterministic contact model to analyze the contact of a rough surface against a flat layered surface. J Tribol 127(2): 451–455 (2005)
Francisco A, Brunetière N. A hybrid method for fast and efficient rough surface generation. Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol 230(7): 747–768 (2016)
Lou S, Jiang X, Sun W, Zeng W, Pagani L, Scott P J. Characterisation methods for powder bed fusion processed surface topography. Precis Eng 57: 1–15 (2019)
Townsend A, Senin N, Blunt L, Leach R K, Taylor J S. Surface texture metrology for metal additive manufacturing: A review. Precis Eng 46: 34–47 (2016)
Goodfellow I, Pouget-Abadie J, Mirza M, Xu B, Warde-Farley D, Ozair S, Courville A, Bengio Y. Generative adversarial networks. Commun ACM 63(11): 139–144 (2020)
Karras T, Aila T M, Laine S, Lehtinen J. Progressive growing of GANs for improved quality, stability, and variation.: arXiv: 1710.10196. (2017)
Eastwood J, Newton L, Leach R, Piano S. Generation and categorisation of surface texture data using a modified progressively growing adversarial network. Precis Eng 74: 1–11 (2022)
Watring D S, Benzing J T, Hrabe N, Spear A D. Effects of laser-energy density and build orientation on the structure-property relationships in as-built Inconel 718 manufactured by laser powder bed fusion. Addit Manuf 36: https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101425 (2020)
Al-Maharma A Y, Patil S P, Markert B. Effects of porosity on the mechanical properties of additively manufactured components: A critical review. Mater Res Express 7(12): 122001 (2020)
Du Plessis A, Yadroitsava I, Yadroitsev I. Effects of defects on mechanical properties in metal additive manufacturing: A review focusing on X-ray tomography insights. Mater Des 187: 108385 (2020)
Kim F H, Kim F H, Moylan S P. Literature review of metal additive manufacturing defects, Advanced Manufacturing Series (NIST AMS), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, USA, 2018: https://doi.org/10.6028/NIST.AMS.100-16.
Maleki E, Bagherifard S, Bandini M, Guagliano M. Surface post-treatments for metal additive manufacturing: Progress, challenges, and opportunities. Addit Manuf 37: 101619 (2021)
Li R D, Liu J H, Shi Y S, Wang L, Jiang W. Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process. Int J Adv Manuf Technol 59(9–12): 1025–1035 (2012)
Reijonen J, Revuelta A, Riipinen T, Ruusuvuori K, Puukko P. On the effect of shielding gas flow on porosity and melt pool geometry in laser powder bed fusion additive manufacturing. Addit Manuf 32: 101030 (2020)
Leary M. (2017) Surface roughness optimisation for selective laser melting (SLM): Accommodating relevant and irrelevant surfaces. In: Laser Additive Manufacturing, Elsevier, 2017: 99–118.
Yasa E, Poyraz O, Solakoglu E U, Akbulut G, Oren S. A study on the stair stepping effect in direct metal laser sintering of a nickel-based superalloy. Procedia CIRP 45: 175–178 (2016)
Mahboob Kanafi M, Tuononen A J. Top topography surface roughness power spectrum for pavement friction evaluation. Tribol Int 107: 240–249 (2017)
Kalin M, Pogačnik A, Etsion I, Raeymaekers B. Comparing surface topography parameters of rough surfaces obtained with spectral moments and deterministic methods. Tribol Int 93: 137–141 (2016)
Pawar G, Pawlus P, Etsion I, Raeymaekers B. The effect of determining topography parameters on analyzing elastic contact between isotropic rough surfaces. J Tribol 135(1): 011401 (2013)
Kim T K. T test as a parametric statistic. Korean J Anesthesiol 68(6): 540 (2015)
Barratt S, Sharma R. A note on the inception score. arXiv preprint: arXiv: 1801.01973 (2018)
Heusel M, Ramsauer H, Unterthiner T, Nessler B, Hochreiter S. (2017) GANs trained by a two time-scale update rule converge to a local Nash equilibrium. In: Proceedings of the 31st International Conference on Neural Information Processing Systems. New York, 2017: 6629–6640.