立體光刻3D打印分離力的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速預(yù)測

魔猴君  行業(yè)(yè)資訊   2371天前

美國布法羅大學(xué)(xué)（UB）機械與航空航天工程系的Jun Wang, Sonjoy Das等人提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方案的快速計算方法來(lái)預(yù)測自自底向上立體光刻（SLA）工藝中的分離應(yīng)力分布，取得了初步進(jìn)展。

粘聚區(qū)有限元模擬是一種基于力學(xué)(xué)的計算方法，可用于模擬自底向上立體光刻（SLA）系統(tǒng)中的上拉過(guò)程（如圖1所示），以顯著(zhù)增v加這種SLA工藝的可靠性和吞吐量。有限元仿真基于上拉速度和在上拉過(guò)程中分離部件的形狀和面積。然而，有限元（FE）模擬單個(gè)部件的上拉過(guò)程在計算上非常耗時(shí)，所以不適合在線(xiàn)監(jiān)控。 

圖1自底向上立體光刻（SLA）在上拉過(guò)程中固化部分和樹(shù)脂槽之間的分離過(guò)程

該研究描述了一種快速計算的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方案來(lái)預(yù)測自自底向上立體光刻（SLA）工藝中的分離應(yīng)力分布。所用的方案依賴(lài)于2D形狀上下文描述符，神經(jīng)(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)（NN）和有限數(shù)量的離線(xiàn)FE模擬。有限元模型和n倍對稱(chēng)形狀橫截面的結(jié)果構(gòu)成了最終的數(shù)據(jù)庫。該2D形狀上下文描述符通過(guò)數(shù)據(jù)庫中的對數(shù)極坐標直方圖表示不同的形狀。一個(gè)使用幾何形狀的對數(shù)極坐標直方圖訓(xùn)練反向傳播（BP）神經(jīng)(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)作為輸入，F(xiàn)E模擬應(yīng)力分布作為輸出。然后可以使用訓(xùn)練的NN進(jìn)行預(yù)測新形狀的分離應(yīng)力分布，如圖2所示。

圖2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法利用n次對稱(chēng)形狀，2D形狀上下文形狀描述符以及有限元模擬和神經(jīng)(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)來(lái)構(gòu)建預(yù)測模型

圖3 （a）基于有限元模的von-Mises應(yīng)力

（b）基于NN的預(yù)測的示例，這個(gè)預(yù)測使用了數(shù)據(jù)庫128個(gè)形狀和大小為100×100的正方形網(wǎng)(wǎng)格上的輸出。

結(jié)果表明（圖3）所提出的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可以大大降低計算成本并適用于任何通用數(shù)據(jù)庫。在新形狀下比較數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的預(yù)測結(jié)果和模擬FE結(jié)果驗證了所提出方法的有效性。

基于n重對稱(chēng)形狀的預(yù)測模型顯示了良好的學(xué)(xué)習能力，取得了相當好的準確性，甚至可用于預(yù)測形狀復(fù)雜并且與目前數(shù)據(jù)庫形狀不同的情況。該方法不僅限于對稱(chēng)形狀。未來(lái)研究的一個(gè)方向是創(chuàng )(chuàng)建一個(gè)適用于復(fù)雜一般形狀的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)計算過(guò)程。復(fù)雜性一般形狀的數(shù)據(jù)庫創(chuàng )(chuàng)建預(yù)計會(huì )很難，因為它將涉及手動(dòng)從Thingiverse.com等存儲庫在線(xiàn)下載3D模型。在模型有限元模擬之前需要對其進(jìn)一步處理（如切片和有限元模型）。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)