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Comparative evaluation of supervised machine learning algorithms in the prediction of the relative density of 316L stainless steel fabricated by selective laser melting
Indexado
WoS WOS:000610886800001
Scopus SCOPUS_ID:85099905784
DOI 10.1007/S00170-021-06596-4
Año 2021
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



To find a robust combination of selective laser melting (SLM) process parameters to achieve the highest relative density of 3D printed parts, predicting the relative density of 316L stainless steel 3D printed parts was studied using a set of machine learning algorithms. The SLM process brings about the possibility to process metal powders and built complex geometries. However, this technology's applicability is limited due to the inherent anisotropy of the layered manufacturing process, which generates porosity between adjacent layers, accelerating wear of the built parts when in service. To reduce interlayer porosity, the selection of SLM process parameters has to be properly optimized. The relative density of these manufactured objects is affected by porosity and is a function of process parameters, rendering it a challenging optimization task to solve. In this work, seven supervised machine learning regressors (i.e., support vector machine, decision tree, random forest, gradient boosting, Gaussian process, K-nearest neighbors, multi-layer perceptron) were trained to predict the relative density of 316L stainless steel samples produced by the SLM process. For this purpose, a total of 112 data sets were assembled from a deep literature review, and 5-fold cross-validation was applied to assess the regressor error. The accuracy of the predictions was evaluated by defining an index of merit, i.e., the norm of a vector whose components are the statistical metrics: root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and the coefficient of determination (R-2). From this index of merit, it is established that the use of gradient boosting regressor shows the highest accuracy, followed by multi-layer perceptron and random forest regressor.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Automation & Control Systems
Engineering, Manufacturing
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Barrionuevo, Germán Omar Hombre Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
2 RAMOS-GREZ, JORGE ANDRES Hombre Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
Research Center for Nanotechnology and Advanced Materials (CIEN-UC) - Chile
Center for Nanotechnology and Advanced Materials CIEN-UC - Chile
3 WALCZAK, MAGDALENA MARTA Mujer Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
Research Center for Nanotechnology and Advanced Materials (CIEN-UC) - Chile
Center for Nanotechnology and Advanced Materials CIEN-UC - Chile
4 Betancourt, Carlos Andres Hombre Natl Taipei Univ Technol - Taiwán
National Taipei University of Technology - Taiwán

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Origen de Citas Identificadas



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Citas Identificadas: 1.85 %
Citas No-identificadas: 98.15 %

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Citas Identificadas: 1.85 %
Citas No-identificadas: 98.15 %

Financiamiento



Fuente
SENESCYT
Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación
CIEN-UC
ANID Fondecyt
ANID FONDECYT grant

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Agradecimientos



Agradecimiento
This study is financially supported by the SENESCYT grant no. ARSEQ-BEC-000329-2017 and ANID FONDECYT grant no. 1201068 project.
The main and corresponding author would like to acknowledge SENESCYT grant no. ARSEQ-BEC-000329-2017, the Research Center for Nanotechnology and Advanced Materials (CIEN-UC) and ANID FONDECYT grant no. 1201068 project for making this publication possible.

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