Personalizza componenti stampati in 3D per la saldatura a raggio laser
Gli scienziati dell’Institute for Integrated Production Hannover (IPH) gGmbH e del Laser Zentrum Hannover eV (LZH) stanno lavorando all’obiettivo della saldatura laser di componenti stampati in 3D. Nel nuovo progetto di ricerca “QualLa”, vogliono sviluppare un sistema esperto che supporterà le piccole e medie imprese nell’ottimizzazione dei processi di produzione additiva, in modo che i componenti stampati possano essere saldati al laser in sicurezza.
La saldatura a trasmissione laser è già un processo di giunzione consolidato a livello industriale per componenti in plastica stampati a iniezione. Il processo di giunzione non funziona ancora per i componenti della stampante 3D perché le cavità e gli strati limite nei componenti stampati in 3D impediscono un cordone di saldatura uniforme. Queste cavità e strati limite sono individuali per ogni componente, perché nella produzione additiva non esistono due componenti uguali. Anche i componenti della stessa serie sono identici solo all’esterno, la struttura interna può essere diversa.
Per consentire alle piccole e medie imprese di saldare componenti in plastica stampati in 3D con il laser senza analizzare attentamente ogni singolo componente in anticipo, gli scienziati dell’IPH e dell’LZH vogliono sviluppare un sistema esperto e raggruppare le conoscenze di processo in questo programma per computer .
Nel progetto “Assicurazione della qualità nella saldatura a raggio laser di componenti termoplastici prodotti in modo additivo (QualLa)”, i ricercatori stanno esaminando la modellazione della deposizione fusa ( FDM ). In questo processo additivo, sottili fili di plastica fusa vengono posati uno sopra l’altro, strato dopo strato.
Anche prima della stampa 3D, il sistema esperto dovrebbe fornire consigli su quale materiale, quale spessore dello strato e quale orientamento dello strato sono più adatti per ottenere la massima trasmissione possibile, ovvero la massima permeabilità possibile per il raggio laser. Grazie a questo lavoro preparatorio, è possibile successivamente saldare in modo ottimale i componenti stampati.
Inoltre, gli scienziati vogliono sviluppare un metodo per misurare la trasmissione con risoluzione spaziale . Per un singolo componente, viene determinato in quali punti viene lasciato passare il raggio laser e con quale intensità. Questi dati vengono quindi utilizzati per controllare il processo di saldatura a trasmissione laser con l’aiuto del sistema esperto.
Se il raggio laser viene trasmesso meno in un certo punto, la potenza del laser deve essere aumentata. Se il componente è più traslucente in un altro punto, è sufficiente una potenza laser inferiore. L’obiettivo dei ricercatori è sviluppare un controllo di processo che regoli la potenza del laser in base alla trasmissione in modo da creare un cordone di saldatura uniforme, anche se il componente stampato in 3D non consente al raggio laser di passare in modo uniforme.
Gli scienziati vogliono utilizzare metodi di apprendimento automatico per elaborare le informazioni. Il piano è utilizzare le reti neurali, un tipo di intelligenza artificiale che consente al sistema esperto di apprendere. Il sistema dovrebbe imparare a riconoscere in modo indipendente le relazioni tra le varie variabili di input e il risultato di stampa, e quindi a prevedere la trasmissione prevista.
Mediante la saldatura a trasmissione laser è possibile collegare componenti in materiale termoplastico, senza contatto, automatizzabili, senza sollecitazioni meccaniche e con basse sollecitazioni termiche. Due partner di giunzione – uno in plastica trasparente, uno in plastica non trasparente – sono saldati insieme con un raggio laser. Il raggio laser penetra nel partner di giunzione trasparente e non appena colpisce la plastica non trasparente, la luce laser viene assorbita e convertita in energia termica. Di conseguenza, la plastica si scioglie nell’area del giunto e viene creato un cordone di saldatura.
Nel progetto di ricerca, l’IPH e l’LZH lavorano a stretto contatto con l’industria. Il comitato che accompagna il progetto comprende aziende dei settori della tecnologia laser, della produzione additiva e dell’ingegneria impiantistica. Altre aziende sono benvenute a prendere parte al progetto: siamo particolarmente alla ricerca di aziende che si occupano di intelligenza artificiale o produzione additiva.
