3D打印的部件因为存在非常大的差异，而且伴有空腔和边界层等问题，导致激光焊接打印零件存在巨大挑战。近期，德国汉诺威综合生产研究所（IPH）和汉诺威激光中心（LZH）的研究人员已开始致力通过优化参数和结合人工智能，改变激光焊接3D打印塑料部件的工艺参数，以实现激光焊接质量优异的塑料部件。

专家系统取代耗时的分析

对于注塑塑料部件，激光穿透焊接已经成为工业中进行焊接的成熟工艺。然而，对于3D打印零件而言，内部结构是否一致性却成为选择激光焊接的参照依据。即使是那些同系列零件，从外部看起来完全相同但内部结构却可能千差万别。另外，由3D打印的零件很多都存在空腔和边界层，在这种情况下就很难通过焊接实现均匀焊接。

在熔融沉积建模3D打印过程中，塑料组件是逐层构建的（来源：IPH）

该研究项目被命名为“QualLa”（增材制造热塑性部件的激光焊接质量保证），旨在开发一个专家系统支持中小型企业优化现有的增材制造工艺，以便可以使用激光焊接打印部件。研究人员目前正在探索熔融沉积模型，并利用熔融沉积工艺（FDM）技术来达成这一目的。

在这种增材制造过程中，细细的熔融塑料线会进行逐层叠加。甚至在3D打印开始之前，研究人员想要开发的专家系统，就应该针对使用哪种材料、哪种层厚和哪种层方向实现激光最高透射率提供建议。只有通过了以上这些步骤之后，才能在打印组件上顺利焊接。

使用AI使过程适应组件

研究人员希望开发一种方法以空间分辨率的形式评估焊接过程。这涉及确定（对于单个组件）激光束在哪些点穿透以及穿透到什么程度。然后，在专家系统的帮助下，该数据将用于控制激光束穿透过程。

例如，如果激光束在某一点穿透较少，则激光功率会增加。如果组件在另一点的透光性更强，则将降低现有的激光功率。这种自适应系统可以实现均匀焊缝。同时，该研究团队正在关注处理信息的机器学习方法，更具体地说是神经网络。这将使系统学会独立识别各种输入变量和打印结果之间的相关性，从而预测激光束的穿透力。

使用激光传输焊接连接塑料

激光穿透焊接技术可以用来焊接由热塑料所组成的部件，实现无接触、自动、无机械外力施加和低热应力的焊接。两个连接部件一个部件为透明，一个为非透明的塑料，通过激光相互焊接在一起。这一激光束穿透透明部件到达另外一个不透明部件的表面，不透明的塑料表面吸收激光束传递过来的能量和转换成热能，实现两个部件的焊接。

IPH和LZH正在紧密同工业界的伙伴进行合作来推动这一项目的发展。项目委员会包括来自激光技术领域的公司、增材制造和工厂工程的相关单位。