机械工程系博士生Jingyuan Yan采用modeFRONTIER开展其博士研究项目，专注于直接金属沉积工艺的设计与优化。
直接金属沉积是一种金属3D打印工艺，类似于焊接，但使用粉末而非焊丝。该工艺利用连续波或脉冲激光在基材上产生熔池，并通过送粉喷嘴将金属粉末送入熔池。该工艺能够将不同的金属粉末沉积到基材的不同位置，从而在微观尺度上按用户要求制造多材料零件。尽管DMD具有诸多优势，但其在工业中尚未广泛应用：粉末浪费、降低能耗的需求以及制件中材料成分不精确仍是关键问题。本研究使用了Optomec公司提供的DMD系统。
主要成果
1：相比传统优化方法节省约三天计算时间
2：为功能梯度零件的直接金属沉积制造定制工艺参数
“使用modeFRONTIER，相比传统优化方法，我们节省了约三天的计算时间。”
—— Jingyuan Yan，博士候选人，克莱姆森大学
在DMD研究中，Jingyuan首先致力于设计送粉喷嘴的几何形状，以最大化工艺效率，并探究目标零件成分与工艺参数之间的关系。他还希望改进DMD工艺参数，考虑其在制造多材料零件时对效率的影响。“为了充分利用粉末并最小化激光能耗，我们的目标是优化工艺参数。我们利用modeFRONTIER工作流中的MATLAB直接节点，建立了一个双目标优化问题。设定了八个与工艺参数相关的设计变量（两种材料的喷射角度、速度和喷嘴直径，以及激光功率和扫描速度），并通过modeFRONTIER自动调整这些变量，以最小化输出结果：粉末浪费和能量成本。”
“多目标遗传算法（MOGA-II）被证明能有效驱动搜索过程，并识别出满足多材料沉积约束的设计方案，”Jingyuan继续解释道，“正如我们在散点图中看到的，可行设计方案在两个目标函数之间呈现出权衡关系。以绿色标记的帕累托前沿结果，使用户能够快速选择粉末浪费更少的配置。”“整个计算过程耗时约三小时。使用modeFRONTIER，相比传统优化方法，我们节省了约三天的计算时间。未来，该优化方法可用于分析DMD中使用的其他材料组合，适用于任何送粉速率比。结果将通过实验测试进行验证，并有望为任何给定条件生成最优工艺参数数据库，供未来的DMD项目复用。长远来看，modeFRONTIER有助于在制造功能梯度零件时定制DMD工艺参数，从而获得符合预期的精确材料成分。”
关于克莱姆森大学CEDAR研究组
克莱姆森大学工程设计与应用研究组致力于探索与功能性、可用性及环境设计相关的问题，并兼顾艺术设计。他们的研究主题涵盖从理论到工具、从信息学到设计教育、从创造力到决策、从基于功能到基于可供性、从协作到表征、从优化到制造，以及从包装到复杂性。他们与行业合作，帮助企业创新、改进设计并学习相关方法。该研究组的理念是推动设计领域的尖端发展，同时培养设计实践者、设计研究者和设计工具开发者。
