Entwicklung, Implementierung und Evaluation von neuronalen Netzen zur Modellierung einer in-situ Schmelzbadüberwachung für den

Status: running
Supervisor: Manfred Constapel , Horst Hellbrück
Student: Tim Geiger (SLM Solutions Group AG)

Topic

Gegenstand dieser Masterarbeit ist die Modellierung einer in-situ Schmelzbadüberwachung für eine metallbasierte „Selective Laser Melting“-Maschine (kurz: SLM) zur additiven Fertigung von kundenspezifischen Bauteilen. Die Modellierung ist die Grundlage für die zu evaluierende, prototypische Implementierung einer Emulation, mit welcher anhand von Messungen aus dem integrierten Sensorsystem eine Simulation bzw. Vorhersage von definierten Qualitätsmerkmalen für herzustellende Bauteile mit dem SLM-Prozess ermöglicht werden soll.

Details

  • Die Modellierung der in-situ Schmelzbadüberwachung soll im Rahmen von qualitätssichernden Maßnahmen zur Verbesserung der SLM-Prozessstabilität sowie zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit und damit zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der SLM-Maschinen beitragen.
  • Ziel der emulierten in-situ Schmelzbadüberwachung ist im Wesentlichen die Detektion von Signalanomalien und Prozessschwankungen zur Klassifikation von Qualitätseigenschaften der hergestellten Bauteile.

Tasks

  • Durchführung einer Anforderungsanalyse an das zu entwickelnde Systemmodell zur Emulation der Schmelzbadüberwachung
  • Beschreibung des Sensorsystems als Datenquelle und Analyse der verfügbaren SLM-Prozessdaten für eine Charakterisierung der Datengrundlage
  • Auswahl und Diskussion von physikalisch relevanten Parametern zur Modellierung der Schmelzbadüberwachung
  • Realisierung einer geeigneten Schnittstelle für den Datenimport sowie begründete Entscheidungen für eine etwaige Datenvorverarbeitung der Sensorrohdaten
  • Entwicklung eines Systemmodells durch Auswahl und Diskussion geeigneter Methoden und Verfahren zur Modellierung der Schmelzbadüberwachung auf Basis der ausgewählten Parameter und den verfügbaren Sensor- und Prozessdaten
  • Modellierung und Darstellung einer ganzheitlichen Systemarchitektur inklusive eines Evaluierungskonzepts für eine zu entwickelnde Emulation der Schmelzbadüberwachung
  • Prototypische Entwicklung und Realisierung einer Emulation der Schmelzbadüberwachung anhand des Systemmodells und der entwickelten Systemarchitektur
  • Evaluierung des Prototypen hinsichtlich der Eignung als Qualitätssicherungswerkzeug im SLM-Prozess mit Hilfe von geeigneten und begründeten Metriken inklusive Dokumentation der Evaluierungsergebnisse

Deliverables

  • Begründetes Systemmodell basierend auf der Anforderungsanalyse und Analyse der Datenquelle bzw. -grundlage
  • Überblick und qualitativer Vergleich von anwendbaren Methoden und Verfahren als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl und zur Entwicklung des Systemmodells
  • Evaluierungskonzept basierend auf der Systemarchitektur zur Erhebung des Grades der Eignung des Prototypen als Qualitätssicherungswerkzeug anhand von geeigneten und begründeten Metriken
  • Lauffähiger Prototyp zur Simulation der Schmelzbadüberwachung (off-line) bzw. Vorhersage von Messungen aus dem Sensorsystem (on-line) unter Verwendung der ausgewählten Parameter, Methoden und Verfahren
  • Beschreibung der Testfälle und -daten sowie der systematisch durchgeführten Evaluierung unter Verwendung des entwickelten Evaluierungskonzepts
  • Fehlermodelle zur qualitativen Bewertung der Leistungsfähigkeit des Prototyps
  • Dokumentierter Quellcode der Implementierung des Prototyps