WAAM線電弧增材制造：金屬的3D打印

【資料簡介】

線電弧增材制造（WAAM）在多個行業引起了人們的極大興趣，基于電弧的制造通過增加層數來實現組件幾何的高度靈活性。尤其對于原型和小批量生產而言，WAAM是一種比其他金屬添加劑工藝更具成本效益的解決方案。決定生產零件質量的關鍵因素是焊接工藝。Fronius的冷金屬轉移可有效滿足電弧焊增材制造的所有條件。

 增材制造方法通過逐層堆積材料來生成組件。其廣被人知的例子是3D打印。基于電弧焊工藝的WAAM還逐層生產金屬零件，這些零件由熔絲電極形成。當必須生產復雜的零件幾何形狀時，這種生成方法特別有利，因為設計選擇實際上是無限的。此外，零件可以低成本快速地制造，這使WAAM成為原型制造和/或小批量生產的具有吸引力的選擇。加工時間，金屬器具磨損和加工過程中的材料損失-尤其是使用從實體塊中銑出工件的傳統方法-都意味著大量的額外成本。

什么是WAAM？

有許多金屬生成方法。從本質上講，這些可以分為兩種基本類型：基于粉末的工藝和基于線材的工藝。在基于粉末的工藝中，使用熔融金屬粉末來構建各層。常見的方法是粉末床處理，可產生極其精確的結果，但生產速度有些慢。另一方面，基于線的工藝通過熔化線形填充金屬來構建部件，這需要使用激光，電子束或電弧。這些工藝具有較高的沉積速率，因此有助于縮短生產時間。

電弧焊增材制造是一種基于焊絲的工藝，并使用氣體保護金屬電弧焊工藝（GMAW）。WAAM本身除了具有高沉積速率外（鋼鐵材料每小時高達4千克）還具有許多優勢。將來，多線解決方案可能會帶來更高的沉積速率。設備和材料成本也是重要的標準，這是WAAM的另一項優勢：您所需要的就是合適的焊接系統。不需要昂貴的設備，例如更快的電子束處理所需的真空室。

與基于粉末的工藝相比，WAAM可以立即獲得多種認證電線類型的好處。粉末基材料的選擇相對較少，因為使用金屬粉末是一種相對較新的技術，因此可能需要數年時間才能獲得必要的認證和生產數據表。

堅固層的“冷”焊接工藝

穩定的焊接過程和有效的散熱對于WAAM至關重要。焊接過程需要足夠低的能量，以使得在應用新層時，現有層不會再次熔化。換句話說，該過程需要盡可能“冷”。此外，焊接層需要連續，無飛濺且一致。如果發生任何缺陷，這些缺陷將在每個后續層中復制。

Fronius的CMT GMAW工藝及其工藝控制變型滿足了這些要求。它們會產生穩定的電弧，并具有較長的短路時間，從而可控制短路。這意味著熱量輸入較低，并且材料轉移幾乎沒有飛濺，這有助于防止缺陷。

CMT的兩個過程控制變量特別適合WAAM。一種是CMT添加劑工藝特性，已針對WAAM進行了優化。它實現了高沉積速率，同時幾乎沒有熱量傳遞到組件中。CMT循環步長變體通過在過程階段控制電弧的滅弧，進一步降低了電弧功率。然而，因為沉積速率較低，所以這種特別的“冷”工藝確實需要更長的時間來形成層。

真實的WAAM應用

已經使用Fronius的焊接技術在各個領域生產了無數WAAM組件。其中包括用于電子行業的風扇葉輪，它們由高級材料制成。由于高材料消耗率，銑削工件非常昂貴，而鑄造并不總是能夠滿足僅1.5毫米厚的壁所需的關鍵冶金性能。使用基于CMT Cycle Step的WAAM，這些風扇葉輪葉片可以使用添加方法由鎳基合金制成。甚至可以使用WAAM維修組件。

Fronius還與航天領域的合作伙伴一起實施了另一項應用程序。鈦由于其抗張強度，回彈性，耐腐蝕性和低重量而成為飛機制造中的常用材料。大多數零件都是使用減法制造的，因此至多可以銑削90％的材料。這導致高成本，長加工時間和昂貴的工具磨損。另一方面，使用WAAM生產的組件僅需重新加工即可產生光滑的表面。使用CMT添加劑工藝生產的鈦成分不會出現任何缺乏熔合的問題，并且具有令人印象深刻的冶金性能。可以減少工具成本，加工時間和磨損，這意味著可以降低整體加工成本。

WAAM：經濟而靈活

這使WAAM成為零件生產的經濟高效且靈活的替代方案。使用Fronius的焊接技術和CMT解決方案，可以相對輕松地采用添加工藝。