金属材料电弧增材制造技术研究现状

电弧增材制造(WAAM)技术将电弧作为热源,具备熔敷效率高、设备简单、成本较低的特点,在制备大型零件时具有更大的优势.基于3种典型电弧热源的电弧增材制造方法包括熔化极电弧(GMA)增材制造、非熔化极电弧(GTA)增材制造与等离子弧(PA)增材制造.GMA增材制造技术拥有熔敷效率高、易于实现等特点,特别是基于冷金属过渡(CMT)的增材制造技术取得了重要进展,主要缺点在于熔滴过渡对熔池的显著冲击易影响成形精度和质量.GTA增材制造技术具有最为稳定的电弧燃烧过程,具有无飞溅、成形精度与质量高等显著优势,特别适合于铝合金、镍基合金、钛合金等材料的增材制造.PA增材制造与GMA增材制造与GTA增材制造相比,存在能量密度高、集束性好等优点.但是PA合理参数区间较窄、参数匹配复杂、热输入大等缺点也限制了其在该领域的应用.由于增材制造过程使得后堆积层存在反复加热与冷却,增材制造成形件组织存在上中下区域的差异以及熔敷方向及垂直于熔敷方向性能的各向异性.增材制造金属材料的热循环过程对于晶粒尺寸、熔覆层性能以及成形精度非常关键,分别可以通过改变成形件冷却条件、改变熔池凝固条件对组织性能进行改善.新型电弧热源的不断涌现,为显著提高电弧增材制造成形精度与组织性能提供了更多选择.