Marco basado en algoritmos genéticos para la optimización de la trayectoria del haz láser en la fabricación aditiva
Autores: Potonik, Primo; Jeromen, Andrej; Govekar, Edvard
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Algoritmo genético
Optimización de la trayectoria del rayo láser
Fabricación aditiva
Aptitud térmica
Aptitud del proceso
LBAM
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 2
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se presenta un método de optimización de la trayectoria del haz láser (LB) basado en algoritmos genéticos para mejorar la fabricación aditiva basada en láser (LBAM). Para emular el proceso de LBAM, se aplica la irradiación de LB sobre un sustrato metálico delgado. La generación de la trayectoria de LB se formula como la búsqueda de la secuencia óptima de irradiación de LB en las celdas del sustrato que minimiza la función de aptitud, que se compone de dos componentes, es decir, la aptitud térmica y la aptitud del proceso. La aptitud térmica se expresa mediante el gradiente térmico promedio, y se desarrolla un modelo térmico simple para simular los efectos de la entrada de calor inducida por el láser en la distribución de temperatura en el sustrato. La aptitud del proceso regula la idoneidad de la trayectoria de LB propuesta para la implementación del proceso de LBAM. Además de las trayectorias de herramientas estandarizadas (es decir, raster, espiral, etc.), se proponen generadores de trayectorias de LB novedosos para definir la población inicial de soluciones de trayectorias de LB. Para implementar una optimización de la trayectoria de LB basada en algoritmos genéticos, se propone un marco, y se desarrollan operadores de inicialización, cruce y mutación personalizados para su aplicación en LBAM. La efectividad del enfoque propuesto se demuestra a través de un estudio de caso de simulación que tiene como objetivo identificar trayectorias de LB que minimicen la función de aptitud y, por lo tanto, proporcionen soluciones de trayectoria de LB más adecuadas con respecto a la función de aptitud definida. En comparación con las formulaciones tradicionales de prueba y error de la trayectoria de LB, el enfoque propuesto ofrece un método mejorado y automatizado para una selección eficiente de la trayectoria del haz láser en LBAM.
Descripción
En este estudio, se presenta un método de optimización de la trayectoria del haz láser (LB) basado en algoritmos genéticos para mejorar la fabricación aditiva basada en láser (LBAM). Para emular el proceso de LBAM, se aplica la irradiación de LB sobre un sustrato metálico delgado. La generación de la trayectoria de LB se formula como la búsqueda de la secuencia óptima de irradiación de LB en las celdas del sustrato que minimiza la función de aptitud, que se compone de dos componentes, es decir, la aptitud térmica y la aptitud del proceso. La aptitud térmica se expresa mediante el gradiente térmico promedio, y se desarrolla un modelo térmico simple para simular los efectos de la entrada de calor inducida por el láser en la distribución de temperatura en el sustrato. La aptitud del proceso regula la idoneidad de la trayectoria de LB propuesta para la implementación del proceso de LBAM. Además de las trayectorias de herramientas estandarizadas (es decir, raster, espiral, etc.), se proponen generadores de trayectorias de LB novedosos para definir la población inicial de soluciones de trayectorias de LB. Para implementar una optimización de la trayectoria de LB basada en algoritmos genéticos, se propone un marco, y se desarrollan operadores de inicialización, cruce y mutación personalizados para su aplicación en LBAM. La efectividad del enfoque propuesto se demuestra a través de un estudio de caso de simulación que tiene como objetivo identificar trayectorias de LB que minimicen la función de aptitud y, por lo tanto, proporcionen soluciones de trayectoria de LB más adecuadas con respecto a la función de aptitud definida. En comparación con las formulaciones tradicionales de prueba y error de la trayectoria de LB, el enfoque propuesto ofrece un método mejorado y automatizado para una selección eficiente de la trayectoria del haz láser en LBAM.