探索WAAM在金屬3D打印中的潛力

南極熊導(dǎo)讀：電弧增材制造（WAAM）技術(shù)通過電弧熔化金屬逐層構(gòu)建零件,。它在航空、航天等領(lǐng)域的成功應(yīng)用展現(xiàn)了高速打印,、低成本和制造超大零件的獨特優(yōu)勢,。然而，WAAM也面臨細節(jié)和尺寸精度的挑戰(zhàn),，可能出現(xiàn)內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力,。本文探討WAAM技術(shù)的利與弊,，助您深入了解其在工業(yè)中的前景。

“電弧增材制造（WAAM）是定向能量沉積（DED）3D打印技術(shù)的一個重要分支,。這種技術(shù)主要應(yīng)用于金屬3D打印領(lǐng)域,，它通過安裝在多軸臂上的噴嘴，以粉末或線材形式沉積金屬材料,。DED技術(shù)使用聚焦能量源,，如激光、電子束或等離子體,，以在逐層構(gòu)建零件時熔化材料,。受電弧焊接技術(shù)的啟發(fā)，WAAM采用電弧作為熱源,，有效地實現(xiàn)了金屬零件的精確打印,。

WAAM技術(shù)基于使用機器人系統(tǒng)的各種自動化焊接技術(shù)的原理：金屬惰性氣體（MIG）或金屬活性氣體（MAG）、鎢極惰性氣體（TIG）或等離子弧焊絲（PAW）,。還有冷金屬轉(zhuǎn)移（CMT）焊接工藝,，源自MIG，由Fronius于2004年創(chuàng)建,。多種金屬都與WAAM兼容,，其中包括鈦,、鋁,、鎳和鋼合金等。

△Naval Group的3D打印螺旋槳

WAAM 3D打印的應(yīng)用

與其它金屬3D打印工藝一樣,，WAAM通常用于修復(fù)設(shè)備和復(fù)制不再制造的零件,，以維護舊機器。然而,，該技術(shù)也可用于制造完整的零件,。WAAM特別用于航空、航天,、汽車,、能源和國防領(lǐng)域。它用于制造原型,、模具,、單個零件和小系列。然而,，盡管它特別適合制造大型金屬零件,，但其在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用仍在審查中。

△3D打印鋼連接器

例如,，在航空航天領(lǐng)域,，Naval Group使用WAAM技術(shù)為Andromède號掃雷船制造螺旋槳,。在能源領(lǐng)域，瓦盧瑞克使用WAAM生產(chǎn)了第一個密封環(huán),，以確保EDF Hydro水力發(fā)電裝置的安全,，該密封環(huán)直徑一米，重100公斤,。在機器人領(lǐng)域,，MX3D還利用該技術(shù)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼連接器。MX3D還使用WAAM制造石油和天然氣行業(yè)的管道連接器,，以及大型機器的齒輪和定制組件,。MX3D甚至使用WAAM工藝在阿姆斯特丹建造了一座橋梁！而且,，Relativity Space使用這項技術(shù)來建造其Terran 1光發(fā)射器,。另外，塑料工業(yè)模具的生產(chǎn)是另該技術(shù)的另一種常見應(yīng)用之一,。

WAAM 3D打印具有許多優(yōu)勢,。首先，打印速度高,，這對生產(chǎn)時間產(chǎn)生積極影響,。成本也低于使用粉末床熔融技術(shù)的機器，特別是選擇性激光熔化（SLM）,。WAAM技術(shù)還因其生產(chǎn)超大零件的能力而脫穎而出,。正如已經(jīng)提到的，還有多種兼容金屬可供選擇,。

△瓦盧瑞克在發(fā)電廠使用WAAM技術(shù)

技術(shù)的局限性

WAAM流程也有其局限性,。由于它允許更快的打印，因此與粉末床融合技術(shù)相比,，零件的細節(jié)和尺寸精度的再現(xiàn)效果較差,。使用WAAM技術(shù)制造的零件可能存在內(nèi)部孔隙等缺陷，這些缺陷會降低零件的機械性能,，無論是靜態(tài)還是疲勞（當零件受到各種力時,，導(dǎo)致?lián)p壞）。對于鋁制零件尤其如此,。

殘余應(yīng)力是WAAM技術(shù)可能出現(xiàn)的另一個異�,，F(xiàn)象。它們可能導(dǎo)致零件尺寸或形狀變形,，特別是通過卷曲,、翹曲或分層。所有這些現(xiàn)象的特點是打印部件各層變形,，無論是頂部,、底部,，還是分層情況下的所有層。這些變形是由極高的工作溫度和材料的技術(shù)性質(zhì)引起的,。當對零件施加力時,，它們會導(dǎo)致零件支撐不良。

△使用WAAM技術(shù)的MX3D 3D打印機

為了避免這些缺陷,，我們必須了解所有WAAM參數(shù),，以便準確設(shè)置，確保一致的金屬沉積和熱量保持穩(wěn)定,。放卷速度,、進給速度、電流,、電壓,、層厚、保護氣體流量和珠間距等,，都是確保工藝順利進行的關(guān)鍵因素,。

此外，存在一些技術(shù)解決方案可減輕異常情況,，如機械加工硬化或軋制,。這種方法涉及在冷卻階段使用滾筒對焊道施加壓力，從而降低孔隙率,。為減少殘余應(yīng)力,，可以對材料進行預(yù)熱。需要注意的是,，某些材料和合金相較于其他,，如鋁銅合金、鋁鈦合金和鋁鐵合金更容易破裂或分層,。

與其它增材制造技術(shù)一樣，WAAM也需要大量的精加工后處理,，采用傳統(tǒng)的機械加工工藝,。在一些WAAM應(yīng)用中，可以在打印階段使用第二個機器人進行加工,，進一步優(yōu)化制造過程或改善打印結(jié)果,。