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World File Search System熔融的
通过熔池监测进行珠子几何形状预测的数据驱动方法
1 简介 增材制造 (AM) 是指通过连接材料从 3D 模型制造零件的工艺 [1]。定向能量沉积 (DED) 是一种特殊类型的金属 AM 工艺，其中激光和金属粉末的交汇会在基材上形成熔融的金属池（熔池），然后冷却以形成固体金属轨道。此过程逐层重复以创建最终部件。与其他金属 AM 工艺相比，DED 以其制造大型工件、构建近净形状以及修复现有零件和铸件的能力而闻名 [2–4]。此外，DED 还用于开发高级材料，例如分级材料 [5]，这允许将金属粉末组合用于单个部件的不同位置。因此，AM 技术为制造业带来了重大创新。与传统的减材制造相比，AM 允许无与伦比的灵活设计，并通过仅在需要的地方沉积材料来减少材料浪费 [6]。尽管 DED 具有上述优势，但由于零件质量不可靠，需要改进过程监控和控制才能在整个行业范围内采用。具体而言，零件质量差是由于激光成型对操作和边界参数（包括激光功率）的微小变化高度敏感 [7]。基于反馈的方法有可能动态调整激光功率以减少过程波动，而无需参考特定的、先前测试过的几何形状和沉积历史。非接触式仪器已广泛用于类似应用，因为它们能够在远离沉积区域热量的安全距离处收集信息。由于激光温度高，高熔化温度、高功率激光反射和非层流很容易导致传感器损坏。当考虑成本和易于集成时，使用可见光摄像机进行光束同轴熔池监测仍然是一种方便且经济高效的解决方案，因为许多 DED 沉积头都配备了用于将监测摄像机纳入光学链的端口 [8]。因此，这项工作专注于一种视觉装置，该装置可以通过熔池的能量含量间接检测珠子高度的异常，从而可以预测和纠正与所需沉积结果的潜在偏差。此外，还创建了数据收集和标记管道，以减少数据准备时间。为了预测轨道几何形状的偏差，我们探索了机器学习 (ML) 算法的使用，特别是支持向量回归 (SVR) 和卷积神经网络 (CNN) 的回归。对创建的模型进行了评估，以确定其是否能够集成到边缘设备上，以实现机器的闭环或前馈控制。
奥斯汀·C·海耶斯
• CU 博士论文工作 2018 年 8 月至今 直驱发电机比齿轮发电机具有更高的可靠性；但是，它们通常非常大（10MW 涡轮机重达 220 吨）。其中大部分质量是结构支撑材料。通过实施适合增材制造的拓扑优化和晶格结构，发电机重量可减轻多达 50%。此外，通过集成先进的冷却方法，可以显着提高功率密度，从而进一步减轻重量并降低机器成本。我制造了一个定制的 3 kW 发电机来测试各种冷却技术所能实现的最大电流密度，并使用这些数据来支持高功率密度 12 MW 直驱风力涡轮发电机的分析设计。我还研究了增材制造的空气质量和糊料挤出工艺的建模。 • HP Inc 金属 3D 打印实习生 2019 年 5 月 - 2019 年 8 月 在 HP Inc 的第二次实习中，我致力于开发用于现场打印机监控的方法和指标，以改善分层缺陷和各向同性。粉末粘合剂喷射本质上是一个分层过程，这会导致烧结缺陷。我创建了一个 MATLAB 脚本来自动分析烧结横截面以确定定量打印指标 • HP Inc 金属 3D 打印实习生 2018 年 5 月 - 2018 年 8 月 在 HP Inc 工作期间，我开发了一种高速成像装置，以更好地了解 3D 打印过程。我研究了粉末粘合剂喷射应用中的粉末-粘合剂相互作用。金属打印提出了聚合物粉末-粘合剂喷射中未曾见过的独特挑战；因此，我的工作是为了更好地理解这些独特的挑战。 • RIT 硕士论文工作 2016 年 8 月 - 2018 年 5 月 在我的硕士论文中，我使用金属增材制造的微结构来增强池沸腾传热。RIT 与 Vader Systems 合作，获得了第一台液体磁喷射 3D 打印机（现为 Xerox ElemX）。该打印机使用线材将熔融的铝液滴一滴地喷射到构建平台上，以产生高沉积速率和高分辨率。在我的项目中，我使用这项技术构建了新颖的微结构，以利用增材制造实现的气泡设计将池沸腾传热提高多达 7 倍•微流体高级设计项目（HP 赞助）2017 年 8 月 - 2018 年 5 月通过 RIT 进行的多学科项目，我们小组在惠普公司的支持下提出了自己的项目。我们开发了一种方法来创建一种低成本的微流体装置以评估层流的混合。目前，很难混合层流状态（例如生物医学应用所需的层流状态）。通过在 FAB 中的硅晶片上创建集成电阻加热器，并与低成本封装方法接口实现密封，可以创建一个流动混合装置。混合机制来自于实现类似于 HP 专利热喷墨技术的局部亚稳态沸腾。该项目是一个正在进行的研究项目，旨在确定其可行性和影响混合的参数。• NREL 科学本科实验室实习生 2017 年 5 月 - 2017 年 8 月在 NREL 工作期间，我使用有限元分析 (ANSYS) 来确定减轻大型直驱发电机重量的潜力。这可以减少 24% 的质量，同时还可以将径向偏转减少 60%。最佳的添加方法是粉末粘合剂喷射，并使用多喷射打印创建实验模型以证明设计的可打印性。我们的研究产生了两份会议论文集和两项 ASME 论文奖。• 在 IBM 与高级热能效率实验室合作 2016 年 5 月 - 2016 年 8 月在 IBM，我的工作是密封一个实验性的两相测试回路，该回路之前出现泄漏，已停运一年半。这涉及使用与 Matlab 脚本交互的 LabVIEW 数据采集来确定 Swagelok 系统是否长时间保持真空。此外，我与其他实习生和热工程师合作设计了一张流量卡，以模拟主机中的实际压降。然后，这张流量卡被 3D 打印出来并进行测试，以查看它是否对齐