研究人員采用自適應激光焊接技術來焊接3D打印的部件

來源：江蘇激光聯(lián)盟

德國的科學家開發(fā)出一種自適應激光焊接技術來焊接3D打印的熱塑料部件，可以自動依據(jù)部件中的不均勻性進行調(diào)整激光功率來實現(xiàn)完美的焊接。
據(jù)報道，來自漢諾威綜合生產(chǎn)研究所（ Institut für Integrierte Produktion Hannover）和德國漢諾威激光中心（Laser Zentrum Hannover）的研究人員開始進行尋求合適的辦法來使得激光焊接工藝來焊接3D打印的部件。這一項目，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)展一個專家系統(tǒng)來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，以促使打印出來的部件能夠采用激光焊接技術來實現(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。

激光焊接在當前已經(jīng)屬于一種比較成熟的工藝來實現(xiàn)諸如模具制造的塑料部件的焊接。對于3D打印的部件，然而，由于在內(nèi)部結構中存在不均勻的特點，會在采用激光焊接的時候面臨一些問題。甚至是在采用同一材料，同一外觀進行焊接的打印部件，其內(nèi)部結構也有可能不一樣。由于打印時可能存在空穴和層層之間在打印的時候存在邊界，這就使得在焊接的時候很難實現(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現(xiàn)打印。研究人員在當前正在積極的探索一個熔化沉積的模式。在這一增材制造的過程中，熔化的薄層塑料經(jīng)過層層堆積而實現(xiàn)了對部件的制造。

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

即使是在3D打印開始的時候，專家系統(tǒng)可以使研究人員尋求支持來提供一個推薦的材料來進行打印，其中打印層的厚度以及層的哪一個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率。經(jīng)過這一初步的工作之后，就有可能采用激光焊接技術來實現(xiàn)打印。

此外，科學家們還打算發(fā)展一種辦法來評估其在空間中的穿透率。這包括決定對某一個具體的單個的部件在某一個特定的點上激光束的穿透率。如果激光在某一特定點的穿透率相對較小的話，例如，此時激光功率就需要進行相應的增加。如果一個部件是一個在某一個特點點存在非常大的激光透過率的話，就需要使用相對較小的激光功率來進行焊接。這一自適應系統(tǒng)將會實現(xiàn)焊縫的均勻，即使是部件本身在打印的時候存在不均勻性而造成激光的透過率不一致也能實現(xiàn)。

▲使用激光透射焊接連接塑料

研究團隊目睹了采用機器學習的辦法來處理相關的加工信息，并且，更加專業(yè)的采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡來進行輔助處理這就使得該系統(tǒng)可以學習來識別出不同的輸入變量和打印的單個點之間的關系，由此來預測出每一個特定點對激光的穿透率。

目前這一項目得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部的支持。
文章來源：Photonics和Laser Zentrum Hannover：優(yōu)化3D打印的注塑塑料部件，實現(xiàn)激光焊接。