LZH､レーザビーム溶接向けに3Dプリントコンポーネントを最適化

June, 11, 2021, Hannover--レーザで3Dプリントされたコンポーネントを溶接すること､これは､Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbHおよびLaser Zentrum Hanno-ver e.V. (LZH)の研究者の目標である｡新しい研究プロジェクト”QualLa”で､研究チームは､積層造形(AM)プロセス最適化で中小企業(SME)をサポートするエクスパートシステムを開発することを考えている｡目的は､プリントされたコンポーネントをレーザで連続的に着実に溶接できるようにすること｡

射出成形プラスチックでは、レーザ透過溶接は､すでに確立された工業的結合プロセスである｡しかし､3Dプリンタからのコンポーネントでは､結合は､まだうまくできない｡3Dプリントされたコンポーネントのキャビティや境界層のために均一な溶接ができないからである｡これらのキャビティや境界層は､各コンポーネントで固有である｡AMでは､同じ2つのコンポーネントは存在しないからである｡同じシリーズからのコンポーネントでさえ､外見は同じでも､内部構造は異なる｡

エクスパートシステが時間のかかる分析を置き換える
SMEsが､前もって各コンポーネントの詳細を分析することなく､レーザで3Dプリントされたプラスチックコンポーネントを溶接できるようにするために､IPHとLZHの研究者は､エクスパートシステムを開発し､このコンピュータプログラムにプロセス知見をバンドルすることを考えた｡

プロジェクト”QualLa”､AM製造サーモプラスチックコンポーネント(QualLa)”のレーザ溶接保証で研究チームは､この目的で熱溶解積層法(FDM)に眼を向けている｡このアディティブプロセスでは、溶融プラスチックの細いストランドが多層構造になっている｡

3Dプリンティングプロセスが始まる前でさえ、エクスパートシステムは､どんな材料､どんな層厚､どの層方向が可能な限り最高の透過を達成するために最適であるかを推奨するはずである｡言い換えると､レーザビームの可能な限り最高の透過性である｡この予備作業により､プリントされたコンポーネントを後で溶接することができる｡

AIを使いプロセスをコンポーネントに適合
加えて､研究チームは､空間分解能で透過を計測する方法を開発する考えである｡これは､個々のコンポーネントのどのポイントに､またどの程度レーザビームが透過するかを決めることに関与する｡このデータは次に､エクスパートシステムの助けを借りて､レーザ透過溶接プロセス制御に利用される｡

レーザビームがある点で透過が少なければ、レーザパワーを増やさなければならない｡別の点で､コンポーネントの光透過が多ければ､低いレーザパワーで十分である｡研究チームの目標は､透過の関数としてレーザパワーを超CESRプロセス制御システムの開発である｡狙いは､均一な溶接シームができること､たとえ3Dプリントされたコンポーネントがレーザビームを均一に透過しなくてもである｡

研究チームは､その情報処理にマシンラーニング法を利用する｡計画では､エクスパートシステムが学習することができるニューラルネットワーク､人工知能の一種を使う｡システムは､様々な入力変数とプリント結果の相関関係を独立に認識し､期待される透過を予測することを学習する｡

レーザ透過溶接を利用するプラスチックの結合
レーザ透過溶接を使って熱可塑性プラスチックでできたコンポーネントを結合できる､接触フリー､自動､機械的ストレスなしで､低い熱応力で結合できる｡2つの結合部､一方は透明､他方は不透明プラスチックをレーザビームで相互に溶接する｡レーザビームは、透明結合部を突き抜けて不透明プラスチックに当たると直ぐにレーザ光が吸収され､熱エネルギーに変換される｡その結果､結合部のプラスチックが溶け、溶接シームが形成される｡

IPHとLZHは､その:研究プロジェクトで業界と密接に協力している｡プロジェクト付属の委員会は、､レーザ技術､積層造形およびプラントエンジニアリング分野の会社を含む｡他の企業もプロジェクト参加が歓迎されている､人工知能あるい積層造形関連の企業が特に求められている｡

(詳細は､https://www.lzh.de/)