Primož Potočnik (Avtor), Andrej Jeromen (Avtor), Edvard Govekar (Avtor)

Povzetek

In this study, a genetic algorithm-based laser beam (LB) path optimization method is presented to improve laser-based additive manufacturing (LBAM). To emulate the LBAM process, LB irradiation of a thin metal substrate is applied. The LB path generation is formulated as the search for the optimal sequence of LB irradiation into the cells on the substrate that minimizes the fitness function, which is composed of two components, i.e., thermal fitness and process fitness. The thermal fitness is expressed by the average thermal gradient, and a simple thermal model is developed to simulate the effects of laser-induced heat input on the temperature distribution in the substrate. The process fitness regulates the suitability of the proposed LB path for the implementation of the LBAM process. In addition to standardized tool paths (i.e., raster, spiral, etc.), novel LB path generators are proposed to define the initial population of LB path solutions. To implement a genetic algorithm-based LB path optimization, a framework is proposed, and custom initialization, crossover, and mutation operators are developed for application in LBAM. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a simulation case study aiming to identify LB paths that minimize the fitness function and thus provide more suitable LB path solutions with respect to the defined fitness function. Compared with the traditional trial-and-error LB path formulations, the proposed approach provides an improved and automated method for an efficient laser beam path selection in LBAM.

Ključne besede

aditivna proizvodnja;pot laserskega žarka;genetski algoritem;optimizacija;additive manufacturing;laser beam path;genetic algorithm;optimization;

Podatki

Jezik: Angleški jezik
Leto izida:
Tipologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija: UL FS - Fakulteta za strojništvo
UDK: 621.9.048:510.53
COBISS: 191234563 Povezava se bo odprla v novem oknu
ISSN: 2075-4701
Št. ogledov: 10
Št. prenosov: 0
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Slovenski jezik
Sekundarni naslov: Optimizacijsko ogrodje na osnovi genetskega algoritma za optimizacijo poti laserskega žarka v aditivni proizvodnji
Sekundarni povzetek: V tej študiji je predstavljena metoda optimizacije poti laserskega žarka (LB) na podlagi genetskega algoritma za izboljšanje aditivne proizvodnje na osnovi laserja (LBAM). Za posnemanje procesa LBAM je uporabljeno LB obsevanje tanke kovinske podlage. Generiranje poti LB je oblikovano kot iskanje optimalnega zaporedja obsevanja LB v celice na substratu, ki minimalizira kriterijsko funkcijo, ki je sestavljena iz dveh komponent, to je toplotnega kriterija in procesnega kriterija. Toplotni kriterij je izražen s povprečnim toplotnim gradientom in razvit je preprost toplotni model za simulacijo učinkov lasersko induciranega vnosa toplote na porazdelitev temperature v substratu. Procesni kriterij regulira primernost predlagane poti LB za izvedbo procesa LBAM. Poleg standardiziranih orodnih poti (tj. rastrskih, spiralnih itd.) so predlagani novi generatorji poti LB za definiranje začetne populacije rešitev poti LB. Za izvedbo optimizacije poti LB, ki temelji na genetskem algoritmu, je predlagano optimizacijsko ogrodje in razviti so namenski operatorji inicializacije, križanja in mutacije za uporabo v LBAM. Učinkovitost predlaganega pristopa je prikazana s simulacijsko študijo primera, katere cilj je identificirati poti LB, ki minimizirajo kriterijsko funkcijo in tako zagotavljajo ustreznejše rešitve poti LB (glede na definirano kriterijsko funkcijo). V primerjavi s tradicionalnimi formulacijami poti LB s poskusi in napakami, predlagani pristop zagotavlja izboljšano in avtomatizirano metodo za učinkovito izbiro poti laserskega žarka v LBAM.
Sekundarne ključne besede: aditivna proizvodnja;pot laserskega žarka;genetski algoritem;optimizacija;
Vrsta dela (COBISS): Članek v reviji
Strani: str. 1-17
Letnik: ǂVol. ǂ14
Zvezek: ǂiss. ǂ4, [article no.] 410
Čas izdaje: 2024
DOI: 10.3390/met14040410
ID: 23332605