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電弧增材制造優勢略述
全球領先的增材智能制造中心
XI'an TSC Automatic Manufacturing Co.,Ltd.
鑫/ 精 / 合
3D打印這種新興的制造方式能夠在如此短的時間內應用推廣到航空航天、汽車、模具、醫療等眾多領域中是由于這項技術的一個優勢——個性化定制，針對不同的需求，打印不同的零部件。增材制造（即3D打?。┖w了多種成形方式，有激光增材制造、電子束增材制造以及電弧增材制造等。激光增材制造是目前應用比較多的3D打印方式，在一些結構復雜、尺寸較小、表面精度高的零部件打印中，激光增材制造成型的優勢是非常明顯的。
但由于3D打印個性化定制的特有優勢，一些定制大尺寸、強度高的零部件便不適于用激光增材制造方式成形，縱觀國內外激光增材制造設備，SLM、LSF設備成形尺寸基本在1米以內，而針對于更大型、性能要求更高的零部件，電弧增材制造（即WAAM）便成為首選。
電弧增材制造技術（Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM）以電弧為載能束，采用逐層堆焊的方式制造金屬實體構件，該技術主要基于TIG、MIG、PAW等焊接技術發展而來，成形零件由全焊縫構成，化學成分均勻、致密度高，開放的成形環境對成形件尺寸無限制。
各種3D打印技術對比圖
相比激光、電子束增材制造，電孤增材制造技術最大的優勢在于，電弧増材可實現多種材料的混合制造，大尺寸復雜構件的低成本、高效快速近凈成形，在成形過程中可實現局部保護無需密封倉保護（部分金屬除外），同時材料利用率高，節省成本。
電弧增材成形更適用于
成形大尺寸零部件
由于電弧增材制造設備成形過程無需密封倉保護，制造形式靈活，對零件尺寸限制少，成形零部件的尺寸、形狀和重量幾乎不受反應室的條件限制。國內外SLM設備的常規成形尺寸目前大約在500mm*500mm*500mm左右（數據僅作參考），而電弧設備成形尺寸則可達到3000mm*3000mm*2000mm或者更大。
我司成形GH4169航天舵縮比件
航天舵機加后
成形效率高，材料成本低
WAAM技術生產效率高，激光和電子束作為熱源的金屬增材制造生產效率為2-10g/min，而WAAM可達50-130g/min，若選擇適當參數，最高可達到幾公斤/小時，且節約原材料，尤其是貴重金屬。能量利用率方面，激光為 2%-5%，電子束為 15%-20%，而電弧增材制造參數選擇合適可達 50%以上。
電弧增材制造使用絲材而非金屬粉末，絲材價格遠低于粉末價格，例如鈦合金TC4金屬絲材的市場價格僅為粉末價格為1/4。金屬粉末在打印過程中也會造成浪費，粉末單次利用率小于30%，為了節約成本，部分廠家都會收集二次粉并重復使用，二次利用的粉末打印的零件在零件性能以及表面粗糙度上不及一次粉打印的零件質量。而絲材在成形過程中材料利用率極高，可達90%以上，造成的浪費是可以忽略不計的。
成形零件性能指標優
WAAM技術與傳統的鑄造、鍛造及其它AM技術相比具有一定的優勢。電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。與鑄造和鍛造工藝相比，成形件力學性能好、整體質量好、組織致密度高、機械性能優良、強度高、韌性好。
以我司成形GH4169、316零部件數據為例
GH4169性能數據
316性能數據
采用電弧增材制造成形的零部件各項性能指標均優于鑄件性能。
設備成本優勢顯著
與其它金屬增材制造技術相比，WAAM技術不需要高功率激光器、電子束發生器等昂貴設備，只需要常規的金屬焊槍，再結合多軸數控運動控制或者機械臂以及相應的送絲機構，就可實現各種大尺寸金屬構件的增材制造以及各種金屬構件的修復再制造。
設備構成原理圖
成形過程中的穩定性工藝控制
不同于激光及電子束，電弧增材制造的熔池體積較大，而且成形過程中因冷態原材料、電弧力等擾動因素的存在，使得熔池成為一個不穩定的體系。
西安鑫精合自主研發電弧增材制造設備，采用自主研發路徑剖分軟件AMslicer+結合電弧增材工藝對零件模型進行剖分生成最優的成型路徑，配合穩定的運動系統，使電弧增材制造過程穩定可控。
運動系統是由ABB公司開發的應用于焊接的6自由度機器人，其先進的運動控制，大幅度提高了高速動作時的軌跡精度，運行精度為±0.02mm，且其運動范圍大，可實現較大尺寸零件的快速制造。
五軸運動機構定位精度可達±0.02mm,運行尺寸可根據需求定制。五軸運動機構有著高效率、高精度的特點，可完成復雜零件的一次打印程序，同時減少輔助支撐。
ABB機械手
在大型構件應用中前景廣泛
隨著輕量化、高機動性先進航空飛行器的發展，飛機結構件也向著輕量化、大型化、整體化改進，低成本高效地制造高可靠性、功能結構一體化的大型航空結構件成為航空制造技術發展的新挑戰。核電、汽車、礦業等行業也逐漸由笨重型向輕量型轉變，電弧增材制造以連續“線”作為基本構型單元，適用于機體、車體等內部框架、加強肋及壁板結構的快速成形。相信隨著技術的不斷發展與應用，電弧增材制造技術定會再大型尺寸零部件上發揮獨有的優勢。
以下為我公司WAAM成形部分零件展示
GH4169高溫試塊120*40*100mm
異形管道縮比件
實際尺寸φ220*420mm
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