深度：詳解等離子弧增材制造技術(shù)

來源： 西安鑫精合

等離子弧增材制造（PAW,，Plasma Arc Weld）由等離子弧作為熱源,，掃描經(jīng)由零件分層得到的成型路徑,，在金屬基板上形成一個移動的熔池，將外部填充的金屬絲材熔化而成的金屬熔滴,，不斷的送入熔池,，通過在成型路徑上逐層累積金屬材料，實現(xiàn)零件的成型,。

等離子弧有兩種類型,，轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧。非轉(zhuǎn)移型等離子弧電流通過噴嘴流到噴嘴內(nèi)部的鎢極，然后再回到電源,。轉(zhuǎn)移型等離子弧的電流從工件穿過噴嘴上的小孔進入鎢極,，然后再回到電源,。等離子弧增材制造設(shè)備使用的是混合型,，即包含轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧。

等離子弧增材制造工作原理

等離子弧增材成形技術(shù)優(yōu)勢
等離子弧增材制造成形的零件由全焊縫金屬組成,，成分均勻,、致密性高，相比鑄造工藝制造的零件顯微組織和力學(xué)性能優(yōu)異,。

等離子弧增材制造成型可實現(xiàn)各種大尺寸金屬構(gòu)件的增材制造以及各種金屬構(gòu)件的修復(fù)再制造,。相比傳統(tǒng)鍛件機加工更節(jié)約材料，具有低成本,、高效率的優(yōu)勢,。


相比于激光增材制造的優(yōu)勢
等離子弧增材制造采用絲材作為打印原材料。相對于激光粉末增材,，材料利用率更高,、成型效率更高。而且絲材制造的成本比粉末的制造成本要小很多,。從兩種工藝的熱源進行對比,，等離子弧電源的價格低，維修維護成本低,，而激光器的價格及維護成本都很高,，對工作環(huán)境要求更為嚴格。

等離子弧增材的材料選擇比激光增材范圍更廣,，等離子弧對金屬材質(zhì)不敏感,，可以打印對激光反射率高的材料，例如鋁合金,、銅合金,。


相比于其他電弧增材制造的優(yōu)勢
等離子弧是常規(guī)電弧的弧柱經(jīng)由外部拘束的劇烈擠壓而成的電弧。MIG焊和TIG焊等常規(guī)焊接方法的電弧,，只被其本身磁場約束和環(huán)境條件的冷卻約束,，電弧形態(tài)相對比較擴展。等離子弧是把電弧正極或者負極內(nèi)縮進焊槍噴嘴,，電弧通過焊槍噴嘴時,，其弧柱在噴嘴的約束下不會自由擴展，在弧柱直徑方向上被劇烈的擠壓得到,。熔化極氣體保護焊和鎢極惰性氣體保護焊電弧弧柱發(fā)散性高,、熱量不集中以及電弧挺度差，導(dǎo)致的成型差及性能不穩(wěn)定等缺點。而等離子弧的熱量集中,，挺度好,，電弧穩(wěn)定，成型體性能優(yōu)良且穩(wěn)定,。

與熔化極氣體保護焊增材相比,，等離子弧增材過程中飛濺更小，可獨立控制熱源和送絲系統(tǒng),，對于工藝調(diào)整更加方便,。

等離子弧增材可用的材料種類多，包括鈦合金,，不銹鋼,，鋁，高溫合金等,。

等離子弧增材制造成型試塊

設(shè)備優(yōu)勢
等離子弧增材設(shè)備采用側(cè)向送絲工藝,，其成型過程中焊接電流、送絲速度可單獨控制,，在成型不同材料時,，工藝參數(shù)可選擇性更多。

等離子弧增材設(shè)備尺寸支持定制,，可實現(xiàn)各種大尺寸金屬構(gòu)件的增材制造以及各種金屬構(gòu)件的修復(fù)再制造,。具有設(shè)備成本低、容易改裝,、沉積速率高,、節(jié)約原材料、不受尺寸限制和易于實時修復(fù)等諸多優(yōu)點,。

等離子弧增材制造設(shè)備

西安鑫精合自主研發(fā)的TSC-P-WAAM等離子弧增材設(shè)備主要由龍門三軸運動機構(gòu)（X,、Y、Z軸）,、數(shù)控控制系統(tǒng),、焊接電源、等離子弧焊槍,、萬向旋轉(zhuǎn)送絲裝置（A軸）,、弧長跟蹤系統(tǒng)、變位機（B,、C軸）和密封艙組成,。

等離子弧增材采用的是弧外側(cè)向送絲，目前市面上等離子弧增材設(shè)備的送絲夾具固定在焊槍上,，無法跟隨焊槍移動方向的改變而改變送絲方向,。西安鑫精合實現(xiàn)了在前側(cè)向送絲,，解決了送絲方向與成型方向不同而導(dǎo)致的成型缺陷，保證了各方向打印同性,。

為了實現(xiàn)等離子弧增材制造智能化,，西安鑫精合聯(lián)合總公司軟件部自主開發(fā)了AMSlicerPro等離子弧打印剖分軟件，實現(xiàn)四軸程序自動剖分,，打印過程中可以始終保持在前側(cè)向送絲,。該軟件支持成形工藝參數(shù)自定義，分區(qū),、層厚,、路徑軌跡、送絲速度,、焊接速度、焊接電流等參數(shù)均可自主設(shè)定,。

AMSlicer++軟件界面

TSC-WP設(shè)備支持多種材料打印,，目前西安鑫精合使用等離子弧增材設(shè)備可打印鈦合金、不銹鋼,、高溫合金等,，工藝成熟，已經(jīng)投入生產(chǎn),。

設(shè)備參數(shù)表

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