Schweizer Technologie: Ein Laser mit Augen und Hirn
Mit künstlicher Intelligenz wollen zwei Empa-Forscher die Metallbearbeitung per Laser schneller, günstiger und für alle zugänglich machen.
Das Wichtigste in Kürze
- Empa hat eine KI entwickelt, die beim 3D-Druck die optimalen Laser-Einstellungen findet.
- Das senkt die Zahl der Testläufe um rund zwei Drittel – bei gleichbleibender Qualität.
- Spezielle Chips ermöglichen, den Schweissprozess in Echtzeit zu optimieren.
Laser werden in der modernen Industrie immer wichtiger– ob beim Schweissen von Autoteilen, im Flugzeugbau oder bei der Herstellung von massgeschneiderten Implantaten. Sie arbeiten präzise, schnell und lassen sich automatisieren. Doch die Technik ist anspruchsvoll: Schon kleine Unterschiede im Material oder in den Einstellungen können zu Fehlern führen.
Bisher müssen Firmen deshalb vor jeder Produktion aufwendige Tests machen, um die optimalen Laser-Einstellungen zu finden. Das braucht Zeit, Material und Fachwissen – und macht bestimmte Verfahren für viele Betriebe unerschwinglich. Genau hier setzen Forscher der Empa in Thun an. Giulio Masinelli und Chang Rajani nutzen Künstliche Intelligenz (KI), um diese Vorarbeit stark zu verkürzen.
3D-Druck mit Metall – einfacher als bisher
Ein Beispiel ist das sogenannte «Powder Bed Fusion»-Verfahren. Dabei wird feines Metallpulver Schicht für Schicht mit einem Laser verschmolzen. So entstehen hochpräzise Bauteile, die mit anderen Methoden kaum herzustellen wären. Doch je nach Material – und sogar je nach Produktionscharge – müssen die Laser-Einstellungen neu angepasst werden.
Masinelli und Rajani haben eine KI entwickelt, die aus den Daten vorhandener Sensoren erkennt, ob der Laser gerade im präziseren oder im schnelleren Schweissmodus arbeitet. Anhand dieser Analyse schlägt das System automatisch neue Einstellungen vor. Das Ergebnis: Rund zwei Drittel weniger Testläufe – bei gleichbleibender Qualität. So könnten künftig auch kleinere Firmen oder Nicht-Experten diese Hightech-Verfahren nutzen.
Optimierung in Echtzeit
Die Empa-Forscher gehen aber noch weiter: Sie wollen nicht nur die Vorbereitung verbessern, sondern auch den Schweissprozess selbst – und zwar in Echtzeit. Das Problem: Änderungen während des Schweissens müssen blitzschnell erfolgen, schneller als es ein Mensch oder ein normaler Computer schaffen würde. Deshalb setzen die Forschenden spezielle Computerchips (FPGAs) ein. Diese reagieren in vorhersehbarer Geschwindigkeit und können die Laserparameter während des Betriebs anpassen. Ein angeschlossener PC lernt parallel aus den gesammelten Daten. Sobald der Algorithmus ausgereift ist, wird er direkt auf den Spezialchip übertragen – der Laser «lernt» sozusagen dazu.
Grosse Chancen für Industrie und Medizin
Durch diese Kombination aus Lasertechnik und künstlicher Intelligenz könnten Produktionskosten sinken, Ausschuss reduziert und neue Anwendungen möglich werden – etwa leichtere Bauteile im Flugzeugbau oder individuell angepasste medizinische Implantate. «Wir hoffen, dass mit unserem Algorithmus auch Nicht-Experten PBF-Geräte verwenden können», sagt Masinelli.
Alles, was es dazu braucht, ist eine Integration in die Steuerung der Maschinen – eine Aufgabe für die Hersteller. Die beiden Empa-Forscher arbeiten bereits daran, ihre Modelle auf weitere Verfahren auszuweiten. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung wollen sie die Laserverarbeitung flexibler, effizienter und zugänglicher machen.
