研究人员采用自适应激光焊接技术来焊接3D打印的部件

来源：江苏激光联盟

德国的科学家开发出一种自适应激光焊接技术来焊接3D打印的热塑料部件，可以自动依据部件中的不均匀性进行调整激光功率来实现完美的焊接。
据报道，来自汉诺威综合生产研究所（ Institut für Integrierte Produktion Hannover）和德国汉诺威激光中心（Laser Zentrum Hannover）的研究人员开始进行寻求合适的办法来使得激光焊接工艺来焊接3D打印的部件。这一项目，称之为QuaiLa，是激光焊接增材制造热塑料部件的质量保证的英文单词首字母缩写（Quality assurance in laser welding of additively manufactured thermoplastic components），其目的是为了发展一个专家系统来支持小的和中等尺寸规模的商业以满足优化增材制造工艺，以促使打印出来的部件能够采用激光焊接技术来实现焊接。

▲3D 打印的样品组件：所谓的透射率，即透光率，取决于层厚和层取向。

激光焊接在当前已经属于一种比较成熟的工艺来实现诸如模具制造的塑料部件的焊接。对于3D打印的部件，然而，由于在内部结构中存在不均匀的特点，会在采用激光焊接的时候面临一些问题。甚至是在采用同一材料，同一外观进行焊接的打印部件，其内部结构也有可能不一样。由于打印时可能存在空穴和层层之间在打印的时候存在边界，这就使得在焊接的时候很难实现均匀的焊接接头。

在熔化沉积模具3D打印工艺中，塑料部件可以层层堆积而实现打印。研究人员在当前正在积极的探索一个熔化沉积的模式。在这一增材制造的过程中，熔化的薄层塑料经过层层堆积而实现了对部件的制造。

▲图2. 熔化沉积（Fused Deposition Modeling (FDM)）：在3D打印过程中，塑料部件通过层层堆积实现焊接

即使是在3D打印开始的时候，专家系统可以使研究人员寻求支持来提供一个推荐的材料来进行打印，其中打印层的厚度以及层的哪一个方向是最适合打印并获得最有可能最大的激光穿透率或最大可能的透过率。经过这一初步的工作之后，就有可能采用激光焊接技术来实现打印。

此外，科学家们还打算发展一种办法来评估其在空间中的穿透率。这包括决定对某一个具体的单个的部件在某一个特定的点上激光束的穿透率。如果激光在某一特定点的穿透率相对较小的话，例如，此时激光功率就需要进行相应的增加。如果一个部件是一个在某一个特点点存在非常大的激光透过率的话，就需要使用相对较小的激光功率来进行焊接。这一自适应系统将会实现焊缝的均匀，即使是部件本身在打印的时候存在不均匀性而造成激光的透过率不一致也能实现。

▲使用激光透射焊接连接塑料

研究团队目睹了采用机器学习的办法来处理相关的加工信息，并且，更加专业的采用了人工神经网络来进行辅助处理这就使得该系统可以学习来识别出不同的输入变量和打印的单个点之间的关系，由此来预测出每一个特定点对激光的穿透率。

目前这一项目得到了德国联邦经济事务和能源部的支持。
文章来源：Photonics和Laser Zentrum Hannover：优化3D打印的注塑塑料部件，实现激光焊接。