Лазеры используются, практически, в любой промышленности: от автомобильной до высокоточной электроники.  Как на 3д-принтере, из металлического порошка лазер позволяет буквально «распечатать» деталь любого размера и сложности. Такой мощный и изящный инструмент требует умелого обращения, учета огромного числа физико-химических параметров сплавляемых металлов. Сама технология лазерного аддитивного производства становится междисциплинарной наукой.

Требуемая точность изготовления поверхности изделия достигается благодаря роботизированным манипуляторам, работающим как в ручном, так и в автоматическом режимах. Роботы оснащены видеокамерами, чтобы «видеть» окружающее пространство и контролировать процесс наплавки: по сдвигу ракурса изображения с камер определяется глубина пространства в пределах поля зрения робота.

Но и сам процесс управления роботом, система принятия решений и расчет оптимальной траектории движения лазерного луча требует глубоких знаний в области робототехники и мехатроники.
Ключевым аспектом в лазерном производстве являются характеристики самого лазера и параметры его работы. Необходимо знать особенности работы лазера конкретного типа, устройство системы накачки, оптические свойства и характер взаимодействия излучения с различными материалами.
Помимо классических лазеров на кристаллах, в качестве рабочей среды используются газы, а в настоящее время – диски и легированные атомами неодима оптические волокна, в которых волокно одновременно является и резонатором, и волноводом, и средой накачки.

Для оптимизации режимов лазерного аддитивного производства проводится обширная экспериментальная работа. Исследуются как сам процесс создания изделия: структура газовых потоков, динамика порошка металлических частиц, температура частиц и поверхности, на которую проводится напыление; Так и механические характеристики уже готовой детали: прочность, однородность, износостойкость.

Для ускорения подбора оптимальных параметров для лазерной наплавки и селективного лазерного спекания, реальная физическая система заменяется ее виртуальной компьютерной моделью.
Путем численного решения дифференциальных уравнений, аналогично реальному эксперименту, на компьютере воспроизводятся: газовая динамика, траектории частиц порошка, плавление металла под действием лазера, и его застывание.

Тем самым, создается полностью контролируемая виртуальная физическая модель, позволяющая сделать реальный технологический процесс более управляемым, а результаты – предсказуемыми. Так разработка проходит весь цикл – от идеи до реализации.

Процесс обучения, исследования, апробация и внедрение также неотделимы: промышленность ставит новые задачи; студенты получают фундаментальные знания и навыки, необходимые для успешного проведения научно-исследовательской работы; теоретические результаты сравниваются с лабораторными экспериментами и проводятся «полевые» испытания в инжиниринговом центре. 

Сама научно-исследовательская деятельность интегрирует в себе разработку математического аппарата виртуальной модели, программную реализацию численных алгоритмов и машинной логики роботизированной системы. В лазерных аддитивных технологиях найдет свое место и физик, и математик, и программист, и электронщик.

Совместными усилиями ученых уже сейчас создается то, что казалось фантастикой. Эра токарных станков и сборочных цехов проходит – на смену ей приходит один универсальный инструмент и конвейер – лазер.