Knowledge-based manufacturability assessment of AM

Metal-based AM processes, although mature enough for small-batch production, are seldom first-time-right. This means that the user needs to print at least a few parts to test and validate that the process is performing as intended, while modifying both the geometry and the process plan (process para...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Τζιμάνης, Κωνσταντίνος
Άλλοι συγγραφείς: Tzimanis, Konstantinos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15800
id nemertes-10889-15800
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Metal based additive manufacturing
Manufacturability assessment
Existing knowledge
Process data processing
Manufacturing defects
Διεργασίες εναπόθεσης υλικού για μεταλλικά υλικά
Αξιολόγηση κατασκευασιμότητας
Προγενέστερη γνώση
Επεξεργασία δεδομένων διεργασίας
Κατασκευαστικά σφάλματα
spellingShingle Metal based additive manufacturing
Manufacturability assessment
Existing knowledge
Process data processing
Manufacturing defects
Διεργασίες εναπόθεσης υλικού για μεταλλικά υλικά
Αξιολόγηση κατασκευασιμότητας
Προγενέστερη γνώση
Επεξεργασία δεδομένων διεργασίας
Κατασκευαστικά σφάλματα
Τζιμάνης, Κωνσταντίνος
Knowledge-based manufacturability assessment of AM
description Metal-based AM processes, although mature enough for small-batch production, are seldom first-time-right. This means that the user needs to print at least a few parts to test and validate that the process is performing as intended, while modifying both the geometry and the process plan (process parameters, path planning strategy etc.). This thesis aims at using pre-existing data (from metrology, real time process monitoring, inspection of the final part) and knowledge generated through additively manufacturing different components and apply them in an intelligent way to assess the manufacturability of a new part. A twofold methodology is proposed that evaluates the manufacturability of a part in terms of shape accuracy and structural integrity. Although, the inputs for both individual models are coming from different sources, however, they are combined in a common data structure, also being registered in time and place, in order to facilitate the data processing and to understand how the process parameters and the part design can lead to defects (cracks-non manufacturable features). Prior to the modelling, detailed analysis has been conducted to prove which of the available datasets could be used for predictors of the machine learning model, ensuring the high accuracy of the results. The first model aims to give as output the probability for the initiation or the propagation of the crack and the exact location by utilizing metrics and indicators that rely on existing knowledge. In addition, the second model utilizes the .stp format of the 3D CAD so as to detect critical geometries and to compare them with experimentally obtained thresholds that indicate if a part is manufacturable as is or design modifications are needed. Both models are related to the machine specifications and the processed material. However, re-calibration of model is possible by following the described methodology. The intuitive user interface of the developed software tool will give an insight about the manufacturability of the part, indicating where the defect is found, either manufacturing or shape.
author2 Tzimanis, Konstantinos
author_facet Tzimanis, Konstantinos
Τζιμάνης, Κωνσταντίνος
author Τζιμάνης, Κωνσταντίνος
author_sort Τζιμάνης, Κωνσταντίνος
title Knowledge-based manufacturability assessment of AM
title_short Knowledge-based manufacturability assessment of AM
title_full Knowledge-based manufacturability assessment of AM
title_fullStr Knowledge-based manufacturability assessment of AM
title_full_unstemmed Knowledge-based manufacturability assessment of AM
title_sort knowledge-based manufacturability assessment of am
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15800
work_keys_str_mv AT tzimanēskōnstantinos knowledgebasedmanufacturabilityassessmentofam
AT tzimanēskōnstantinos gnōsiokentrikēaxiologēsēkataskeuasimotētassediergasiesenapothesēsylikouam
_version_ 1771297300930363392
spelling nemertes-10889-158002022-09-05T20:51:50Z Knowledge-based manufacturability assessment of AM Γνωσιοκεντρική αξιολόγηση κατασκευασιμότητας σε διεργασίες εναπόθεσης υλικού (ΑΜ) Τζιμάνης, Κωνσταντίνος Tzimanis, Konstantinos Metal based additive manufacturing Manufacturability assessment Existing knowledge Process data processing Manufacturing defects Διεργασίες εναπόθεσης υλικού για μεταλλικά υλικά Αξιολόγηση κατασκευασιμότητας Προγενέστερη γνώση Επεξεργασία δεδομένων διεργασίας Κατασκευαστικά σφάλματα Metal-based AM processes, although mature enough for small-batch production, are seldom first-time-right. This means that the user needs to print at least a few parts to test and validate that the process is performing as intended, while modifying both the geometry and the process plan (process parameters, path planning strategy etc.). This thesis aims at using pre-existing data (from metrology, real time process monitoring, inspection of the final part) and knowledge generated through additively manufacturing different components and apply them in an intelligent way to assess the manufacturability of a new part. A twofold methodology is proposed that evaluates the manufacturability of a part in terms of shape accuracy and structural integrity. Although, the inputs for both individual models are coming from different sources, however, they are combined in a common data structure, also being registered in time and place, in order to facilitate the data processing and to understand how the process parameters and the part design can lead to defects (cracks-non manufacturable features). Prior to the modelling, detailed analysis has been conducted to prove which of the available datasets could be used for predictors of the machine learning model, ensuring the high accuracy of the results. The first model aims to give as output the probability for the initiation or the propagation of the crack and the exact location by utilizing metrics and indicators that rely on existing knowledge. In addition, the second model utilizes the .stp format of the 3D CAD so as to detect critical geometries and to compare them with experimentally obtained thresholds that indicate if a part is manufacturable as is or design modifications are needed. Both models are related to the machine specifications and the processed material. However, re-calibration of model is possible by following the described methodology. The intuitive user interface of the developed software tool will give an insight about the manufacturability of the part, indicating where the defect is found, either manufacturing or shape. Η πρόοδος στις διεργασίες Εναπόθεσης Υλικού (ΑΜ) για μεταλλικά υλικά τις καθιστά ιδιαίτερα ικανές για παραγωγή σε μικρές παρτίδες, αλλά σπάνια μπορεί να επιτευχθεί με τη πρώτη προσπάθεια το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ο χρήστης καλείται να πραγματοποιήσει αρκετές δοκιμές, για να εξακριβώσει ότι οι επιθυμητές προδιαγραφές μπορούν να επιτευχθούν, μεταβάλλοντας ταυτόχρονα την γεωμετρία και τις παραμέτρους της διεργασίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει με την χρήση δεδομένων (από μετρολογία, παρακολούθηση διεργασιών σε πραγματικό χρόνο, έλεγχο βλαβών των τελικών εξαρτημάτων) και προγενέστερης γνώσης να εξετάσει την κατασκευασιμότητα ενός νέου προϊόντος. Στην παρούσα εργασία προτείνεται μια μεθοδολογία που συνοδεύεται από την ανάπτυξη δύο μοντέλων με στόχο την αξιολόγηση της κατασκευασιμότητας ενός εξαρτήματος ως προς την γεωμετρική ακρίβεια και τη δομική ακεραιότητα. Παρόλο που τα δεδομένα των δύο μοντέλων προέρχονται από διαφορετικές πηγές, γίνεται χρήση κοινής δομής δεδομένων, ώστε να διευκολυνθεί η επεξεργασία των δεδομένων και να κατανοηθεί πως οι παράμετροι της διεργασίας και η μορφή του εξαρτήματος μπορούν να οδηγήσουν σε μειωμένη διαστασιολογική ακρίβεια και εσωτερικές ρωγμές. Πριν από τη μοντελοποίηση, διεξάγεται λεπτομερής ανάλυση των δεδομένων για να αποδειχθεί ποια από τα διαθέσιμα σύνολα δεδομένων θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην διαδικασία εκμάθησης του μοντέλου μηχανικής μάθησης, διασφαλίζοντας την υψηλή ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Το πρώτο μοντέλο που προτείνεται έχει σαν στόχο να προβλέψει την πιθανότητα δημιουργίας ρωγμής καθώς και την θέση αυτής αξιοποιώντας υπάρχουσα γνώση και σχέσεις μεταξύ των δεδομένων. Επιπλέον το δεύτερο μοντέλο, χρησιμοποιεί τη μορφή .stp του τρισδιάστατου σχεδίου του εξαρτήματος έτσι ώστε να ανιχνεύσει κρίσιμες γεωμετρίες και να τις συγκρίνει με πειραματικά μετρούμενες οριακές τιμές κατασκευασιμότητας και υποδεικνύει την ανάγκη για τροποποιήσεις του σχεδίου. Και τα δύο προτεινόμενα μοντέλα λαμβάνουν υπόψιν τις προδιαγραφές του μηχανήματος, τα χαρακτηριστικά της διεργασίας και το υλικό, ωστόσο, η δομή τους επιτρέπει τροποποιήσεις για την επίτευξη καλής απόδοσης και σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Ο χρήστης δύναται να αλληλοεπιδράσει με τα προτεινόμενα μοντέλα, ώστε να αποκτήσει καλύτερη εποπτεία της διαδικασίας αξιολόγησης και του τελικού αποτελέσματος. 2022-02-18T06:33:13Z 2022-02-18T06:33:13Z 2022-02-17 http://hdl.handle.net/10889/15800 en application/pdf