3D打印的部件因?yàn)榇嬖诜浅４蟮牟町悾野橛锌涨缓瓦吔鐚拥葐栴}，導(dǎo)致激光焊接打印零件存在巨大挑戰(zhàn)。近期，德國漢諾威綜合生產(chǎn)研究所（IPH）和漢諾威激光中心（LZH）的研究人員已開始致力通過優(yōu)化參數(shù)和結(jié)合人工智能，改變激光焊接3D打印塑料部件的工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)激光焊接質(zhì)量優(yōu)異的塑料部件。

專家系統(tǒng)取代耗時(shí)的分析

對于注塑塑料部件，激光穿透焊接已經(jīng)成為工業(yè)中進(jìn)行焊接的成熟工藝。然而，對于3D打印零件而言，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否一致性卻成為選擇激光焊接的參照依據(jù)。即使是那些同系列零件，從外部看起來完全相同但內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻可能千差萬別。另外，由3D打印的零件很多都存在空腔和邊界層，在這種情況下就很難通過焊接實(shí)現(xiàn)均勻焊接。

在熔融沉積建模3D打印過程中，塑料組件是逐層構(gòu)建的（來源：IPH）

該研究項(xiàng)目被命名為“QualLa”（增材制造熱塑性部件的激光焊接質(zhì)量保證），旨在開發(fā)一個(gè)專家系統(tǒng)支持中小型企業(yè)優(yōu)化現(xiàn)有的增材制造工藝，以便可以使用激光焊接打印部件。研究人員目前正在探索熔融沉積模型，并利用熔融沉積工藝（FDM）技術(shù)來達(dá)成這一目的。

在這種增材制造過程中，細(xì)細(xì)的熔融塑料線會進(jìn)行逐層疊加。甚至在3D打印開始之前，研究人員想要開發(fā)的專家系統(tǒng)，就應(yīng)該針對使用哪種材料、哪種層厚和哪種層方向?qū)崿F(xiàn)激光最高透射率提供建議。只有通過了以上這些步驟之后，才能在打印組件上順利焊接。

使用AI使過程適應(yīng)組件

研究人員希望開發(fā)一種方法以空間分辨率的形式評估焊接過程。這涉及確定（對于單個(gè)組件）激光束在哪些點(diǎn)穿透以及穿透到什么程度。然后，在專家系統(tǒng)的幫助下，該數(shù)據(jù)將用于控制激光束穿透過程。

例如，如果激光束在某一點(diǎn)穿透較少，則激光功率會增加。如果組件在另一點(diǎn)的透光性更強(qiáng)，則將降低現(xiàn)有的激光功率。這種自適應(yīng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)均勻焊縫。同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)正在關(guān)注處理信息的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，更具體地說是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這將使系統(tǒng)學(xué)會獨(dú)立識別各種輸入變量和打印結(jié)果之間的相關(guān)性，從而預(yù)測激光束的穿透力。

使用激光傳輸焊接連接塑料

激光穿透焊接技術(shù)可以用來焊接由熱塑料所組成的部件，實(shí)現(xiàn)無接觸、自動、無機(jī)械外力施加和低熱應(yīng)力的焊接。兩個(gè)連接部件一個(gè)部件為透明，一個(gè)為非透明的塑料，通過激光相互焊接在一起。這一激光束穿透透明部件到達(dá)另外一個(gè)不透明部件的表面，不透明的塑料表面吸收激光束傳遞過來的能量和轉(zhuǎn)換成熱能，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部件的焊接。

IPH和LZH正在緊密同工業(yè)界的伙伴進(jìn)行合作來推動這一項(xiàng)目的發(fā)展。項(xiàng)目委員會包括來自激光技術(shù)領(lǐng)域的公司、增材制造和工廠工程的相關(guān)單位。