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WAAM线电弧增材制造:金属的3D打印

日期:2020/8/15浏览:116次

线电弧增材制造(WAAM)在多个行业引起了人们的极大兴趣,基于电弧的制造通过增加层数来实现组件几何的高度灵活性。尤其对于原型和小批量生产而言,WAAM是一种比其他金属添加剂工艺更具成本效益的解决方案。决定生产零件质量的关键因素是焊接工艺。Fronius的冷金属转移可有效满足电弧焊增材制造的所有条件。

 增材制造方法通过逐层堆积材料来生成组件。其广被人知的例子是3D打印。基于电弧焊工艺的WAAM还逐层生产金属零件,这些零件由熔丝电极形成。当必须生产复杂的零件几何形状时,这种生成方法特别有利,因为设计选择实际上是无限的。此外,零件可以低成本快速地制造,这使WAAM成为原型制造和/或小批量生产的具有吸引力的选择。加工时间,金属器具磨损和加工过程中的材料损失-尤其是使用从实体块中铣出工件的传统方法-都意味着大量的额外成本。

什么是WAAM?

有许多金属生成方法。从本质上讲,这些可以分为两种基本类型:基于粉末的工艺和基于线材的工艺。在基于粉末的工艺中,使用熔融金属粉末来构建各层。常见的方法是粉末床处理,可产生极其精确的结果,但生产速度有些慢。另一方面,基于线的工艺通过熔化线形填充金属来构建部件,这需要使用激光,电子束或电弧。这些工艺具有较高的沉积速率,因此有助于缩短生产时间。

电弧焊增材制造是一种基于焊丝的工艺,并使用气体保护金属电弧焊工艺(GMAW)。WAAM本身除了具有高沉积速率外(钢铁材料每小时高达4千克)还具有许多优势。将来,多线解决方案可能会带来更高的沉积速率。设备和材料成本也是重要的标准,这是WAAM的另一项优势:您所需要的就是合适的焊接系统。不需要昂贵的专用设备,例如更快的电子束处理所需的真空室。

与基于粉末的工艺相比,WAAM可以立即获得多种认证电线类型的好处。粉末基材料的选择相对较少,因为使用金属粉末是一种相对较新的技术,因此可能需要数年时间才能获得必要的认证和生产数据表。

坚固层的“冷”焊接工艺

稳定的焊接过程和有效的散热对于WAAM至关重要。焊接过程需要足够低的能量,以使得在应用新层时,现有层不会再次熔化。换句话说,该过程需要尽可能“冷”。此外,焊接层需要连续,无飞溅且一致。如果发生任何缺陷,这些缺陷将在每个后续层中复制。

Fronius的CMT GMAW工艺及其工艺控制变型满足了这些要求。它们会产生稳定的电弧,并具有较长的短路时间,从而可控制短路。这意味着热量输入较低,并且材料转移几乎没有飞溅,这有助于防止缺陷。

CMT的两个过程控制变量特别适合WAAM。一种是CMT添加剂工艺特性,已针对WAAM进行了优化。它实现了高沉积速率,同时几乎没有热量传递到组件中。CMT循环步长变体通过在过程阶段控制电弧的灭弧,进一步降低了电弧功率。然而,因为沉积速率较低,所以这种特别的“冷”工艺确实需要更长的时间来形成层。

真实的WAAM应用

已经使用Fronius的焊接技术在各个领域生产了无数WAAM组件。其中包括用于电子行业的风扇叶轮,它们由高级材料制成。由于高材料消耗率,铣削工件非常昂贵,而铸造并不总是能够满足仅1.5毫米厚的壁所需的关键冶金性能。使用基于CMT Cycle Step的WAAM,这些风扇叶轮叶片可以使用添加方法由镍基合金制成。甚至可以使用WAAM维修组件。

Fronius还与航天领域的合作伙伴一起实施了另一项应用程序。钛由于其抗张强度,回弹性,耐腐蚀性和低重量而成为飞机制造中的常用材料。大多数零件都是使用减法制造的,因此至多可以铣削90%的材料。这导致高成本,长加工时间和昂贵的工具磨损。另一方面,使用WAAM生产的组件仅需重新加工即可产生光滑的表面。使用CMT添加剂工艺生产的钛成分不会出现任何缺乏熔合的问题,并且具有令人印象深刻的冶金性能。可以减少工具成本,加工时间和磨损,这意味着可以降低整体加工成本。

WAAM:经济而灵活

这使WAAM成为零件生产的经济高效且灵活的替代方案。使用Fronius的焊接技术和CMT解决方案,可以相对轻松地采用添加工艺。 

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