研究人員采用自適應(yīng)激光焊接技術(shù)來(lái)焊接3D打印的部件

來(lái)源：江蘇激光聯(lián)盟

德國(guó)的科學(xué)家開發(fā)出一種自適應(yīng)激光焊接技術(shù)來(lái)焊接3D打印的熱塑料部件，可以自動(dòng)依據(jù)部件中的不均勻性進(jìn)行調(diào)整激光功率來(lái)實(shí)現(xiàn)完美的焊接。
據(jù)報(bào)道，來(lái)自漢諾威綜合生產(chǎn)研究所（ Institut für Integrierte Produktion Hannover）和德國(guó)漢諾威激光中心（Laser Zentrum Hannover）的研究人員開始進(jìn)行尋求合適的辦法來(lái)使得激光焊接工藝來(lái)焊接3D打印的部件。這一項(xiàng)目，稱之為QuaiLa，是激光焊接增材制造熱塑料部件的質(zhì)量保證的英文單詞首字母縮寫（Quality assurance in laser welding of additively manufactured thermoplastic components），其目的是為了發(fā)展一個(gè)專家系統(tǒng)來(lái)支持小的和中等尺寸規(guī)模的商業(yè)以滿足優(yōu)化增材制造工藝，以促使打印出來(lái)的部件能夠采用激光焊接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接。

▲3D 打印的樣品組件：所謂的透射率，即透光率，取決于層厚和層取向。

激光焊接在當(dāng)前已經(jīng)屬于一種比較成熟的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如模具制造的塑料部件的焊接。對(duì)于3D打印的部件，然而，由于在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在不均勻的特點(diǎn)，會(huì)在采用激光焊接的時(shí)候面臨一些問題。甚至是在采用同一材料，同一外觀進(jìn)行焊接的打印部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有可能不一樣。由于打印時(shí)可能存在空穴和層層之間在打印的時(shí)候存在邊界，這就使得在焊接的時(shí)候很難實(shí)現(xiàn)均勻的焊接接頭。

在熔化沉積模具3D打印工藝中，塑料部件可以層層堆積而實(shí)現(xiàn)打印。研究人員在當(dāng)前正在積極的探索一個(gè)熔化沉積的模式。在這一增材制造的過(guò)程中，熔化的薄層塑料經(jīng)過(guò)層層堆積而實(shí)現(xiàn)了對(duì)部件的制造。

▲圖2. 熔化沉積（Fused Deposition Modeling (FDM)）：在3D打印過(guò)程中，塑料部件通過(guò)層層堆積實(shí)現(xiàn)焊接

即使是在3D打印開始的時(shí)候，專家系統(tǒng)可以使研究人員尋求支持來(lái)提供一個(gè)推薦的材料來(lái)進(jìn)行打印，其中打印層的厚度以及層的哪一個(gè)方向是最適合打印并獲得最有可能最大的激光穿透率或最大可能的透過(guò)率。經(jīng)過(guò)這一初步的工作之后，就有可能采用激光焊接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)打印。

此外，科學(xué)家們還打算發(fā)展一種辦法來(lái)評(píng)估其在空間中的穿透率。這包括決定對(duì)某一個(gè)具體的單個(gè)的部件在某一個(gè)特定的點(diǎn)上激光束的穿透率。如果激光在某一特定點(diǎn)的穿透率相對(duì)較小的話，例如，此時(shí)激光功率就需要進(jìn)行相應(yīng)的增加。如果一個(gè)部件是一個(gè)在某一個(gè)特點(diǎn)點(diǎn)存在非常大的激光透過(guò)率的話，就需要使用相對(duì)較小的激光功率來(lái)進(jìn)行焊接。這一自適應(yīng)系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)焊縫的均勻，即使是部件本身在打印的時(shí)候存在不均勻性而造成激光的透過(guò)率不一致也能實(shí)現(xiàn)。

▲使用激光透射焊接連接塑料

研究團(tuán)隊(duì)目睹了采用機(jī)器學(xué)習(xí)的辦法來(lái)處理相關(guān)的加工信息，并且，更加專業(yè)的采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行輔助處理這就使得該系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)來(lái)識(shí)別出不同的輸入變量和打印的單個(gè)點(diǎn)之間的關(guān)系，由此來(lái)預(yù)測(cè)出每一個(gè)特定點(diǎn)對(duì)激光的穿透率。

目前這一項(xiàng)目得到了德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部的支持。
文章來(lái)源：Photonics和Laser Zentrum Hannover：優(yōu)化3D打印的注塑塑料部件，實(shí)現(xiàn)激光焊接。