3D打印的部件因為存在非常大的差異，而且伴有空腔和邊界層等問題，導致激光焊接打印零件存在巨大挑戰。近期，德國漢諾威綜合生產研究所（IPH）和漢諾威激光中心（LZH）的研究人員已開始致力通過優化參數和結合人工智能，改變激光焊接3D打印塑料部件的工藝參數，以實現激光焊接質量優異的塑料部件。

專家系統取代耗時的分析

對于注塑塑料部件，激光穿透焊接已經成為工業中進行焊接的成熟工藝。然而，對于3D打印零件而言，內部結構是否一致性卻成為選擇激光焊接的參照依據。即使是那些同系列零件，從外部看起來完全相同但內部結構卻可能千差萬別。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現均勻焊接。

在熔融沉積建模3D打印過程中，塑料組件是逐層構建的（來源：IPH）

該研究項目被命名為“QualLa”（增材制造熱塑性部件的激光焊接質量保證），旨在開發一個專家系統支持中小型企業優化現有的增材制造工藝，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）技術來達成這一目的。

在這種增材制造過程中，細細的熔融塑料線會進行逐層疊加。甚至在3D打印開始之前，研究人員想要開發的專家系統，就應該針對使用哪種材料、哪種層厚和哪種層方向實現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使過程適應組件

研究人員希望開發一種方法以空間分辨率的形式評估焊接過程。這涉及確定（對于單個組件）激光束在哪些點穿透以及穿透到什么程度。然后，在專家系統的幫助下，該數據將用于控制激光束穿透過程。

例如，如果激光束在某一點穿透較少，則激光功率會增加。如果組件在另一點的透光性更強，則將降低現有的激光功率。這種自適應系統可以實現均勻焊縫。同時，該研究團隊正在關注處理信息的機器學習方法，更具體地說是神經網絡。這將使系統學會獨立識別各種輸入變量和打印結果之間的相關性，從而預測激光束的穿透力。

使用激光傳輸焊接連接塑料

激光穿透焊接技術可以用來焊接由熱塑料所組成的部件，實現無接觸、自動、無機械外力施加和低熱應力的焊接。兩個連接部件一個部件為透明，一個為非透明的塑料，通過激光相互焊接在一起。這一激光束穿透透明部件到達另外一個不透明部件的表面，不透明的塑料表面吸收激光束傳遞過來的能量和轉換成熱能，實現兩個部件的焊接。

IPH和LZH正在緊密同工業界的伙伴進行合作來推動這一項目的發展。項目委員會包括來自激光技術領域的公司、增材制造和工廠工程的相關單位。