基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望

电弧增材制造是低成本金属零件直接成形的重要研究方向之一。金属零件形貌的成形精度是评判成形质量的一个重要指标。从成形工艺特性、尺寸数学建模、过程控制等角度阐述了电弧增材制造成形控制技术的国内外研究现状;重点总结了基于视觉传感的电弧增材制造闭环控制技术的研究现状;分析了电弧增材制造成形控制技术研究存在的关键问题;提出了未来电弧增材制造成形控制技术的研究内容和发展方向。     

电弧增材制造工艺及数值仿真研究进展

对电弧增材制造的工作原理、基本概念及取得的成果与进展进行综述。论述了电弧增材制造的工艺参数对增材件力学性能的影响;总结了电弧增材构件的成形性、微观组织等特点;概述了数值模拟在电弧增材中的应用,以及仿真模型中不同工艺参数对其温度场与应力场的影响规律;对电弧增材制造未来的发展做出总结展望。     

高强Al-Mg合金钨极氩弧双丝增材制造工艺与组织性能

针对钨极氩弧增材制造铝合金构件效率低的不足,采用二根同质铝镁合金丝材同步送进同一熔池的增材制造方式,从而达到高效率高质量制造高强铝镁合金构件的目的.试验中分别采用单填丝和双填丝钨极氩弧工艺,分别制造了直壁体试样,对比试验研究了二种工艺增材制造试样在宏观尺寸、显微组织和力学性能上的差异.结果表明,在相同的工艺参数条件下,双填丝增材制造工艺熔敷速率是单填丝工艺的2.08倍,试样的晶粒明显更加细小;所制造试样的抗拉强度达到铸造7A52铝镁合金的71%,纵向抗拉强度相对单填丝提高了7%,纵向断后伸长率提高了5%.     

多系列铝合金电弧增材制造技术研究进展

电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造，当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究，总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展，包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷，如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等，以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析，为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。     

电弧增材制造技术在材料制备中的研究现状及挑战

增材制造技术可直接低成本一体化制造复杂构件,成为最具潜力的材料加工技术。针对大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形,基于堆焊技术发展起来的电弧增材制造技术(WAAM)成为最合适的方法。综述了近年来国内外学者关于电弧增材制造技术在不同材料成形工艺参数及力学性能方面的成果,分析了工艺参数对不锈钢、铝合金和钛合金三种常见材料组织与性能影响规律,对未来电弧增材制造技术的发展方向进行了展望。     

电弧增材制造金属点阵结构研究进展

金属点阵结构是一种轻质多功能结构,具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势,在飞行器、船舶、车辆、建筑等领域具有广泛的应用前景。然而,迄今为止点阵结构件的应用规模仍然十分有限,主要原因是受到制造技术的严重制约。电弧增材制造技术因其离散堆积的成形特点有望实现点阵复杂结构的一体化高效低成本制造。综合分析了电弧增材制造金属空间杆结构与点阵结构的研究现状,从制造原理、成形工艺与方法、制造特点等方面进行论述,并归纳了现阶段各研究机构对于金属点阵电弧增材制造的研究进展。最后介绍了电弧增材造金属点阵结构存在的掣肘,重点分析了现有电弧增材制造在点阵制造与成形控制方面的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造金属点阵结构的主要发展方向。     

电弧增材制造综述：技术流派与展望

电弧增材制造由于其高堆积速率、高材料利用率、低设备费用及具有制造大型构件的能力而吸引着研究人员的关注。结合外形控制及材料质量控制两个技术流派,回顾了电弧增材制造技术的研究脉络。首先,从前处理(轨迹优化类)、堆积过程(在线控制类)及后处理(复合减材制造类)对相关研究进行了详细的阐述,展示了当前电弧增材制造件外形控制的基本技术路线;接着,从热加工(在线热轧类)、冷加工(冷轧类)、表面处理类及电弧增材制造变型类等几方面阐述了当前材料质量控制常用的几种方法策略;最后,对电弧增材制造技术未来发展方向进行了展望,提出了一些未来研究的目标。     

等离子弧增材制造设备与其工艺研究

电弧增材制造克服了以激光、电子束做热源的增材制造设备造价和运行成本高的问题,成为金属增材制造技术的研究热点和重要发展方向。根据等离子弧的特点,设计了以等离子弧为热源的增材制造设备,并利用其研究了等离子弧增材制造工艺,包括送丝角度、成型速度、焊接电流等对零件成型的影响。     

反极性弱等离子弧丝材熔积增材制造现状与展望

反极性弱等离子弧增材制造具有制造周期短、制造成本低、工件可靠性强等特点,具有广阔的应用前景。介绍了3种反极性等离子弧丝材熔积增材制造方法的基本原理和应用现状,并分别从控制系统、焊接设备、焊接材料等3大方面综合论述了等离子弧增材制造的发展现状和存在的问题,分析了反极性等离子弧增材制造的发展方向。     

增材制造文献

<正>基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统/洪恩航, 等. 焊接学报, 2021, 42(11): 65-69.为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性,使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源,通过Python自主编程利用开源切片软件Cura, 成功搭建了电弧增材制造系统,自主开发了电弧增材制造软件,并进行了4043铝合金电弧增材成形.结果表明,     

国内外电子束熔丝沉积增材制造技术发展现状

随着增材制造技术的不断发展,各种增材制造技术,如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等,在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作,简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作,并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.     

电弧增材与激光增材复合制造GH4099的显微组织与力学性能研究

结合电弧增材制造沉积率高、成本低和激光增材构件质量高的优势,提出了电弧增材与激光增材复合的制造技术,用于高效、高质量GH4099材料零件制造。通过在电弧增材基板上进行激光直接沉积实验,对比了两种增材制造工艺所得涂层的显微组织和力学性能;探究了两种增材构件界面处的显微组织与力学性能。结果表明:电弧增材与激光增材的显微组织均沿沉积方向外延生长,且激光增材GH4099的显微组织要细于电弧增材的。在两种增材构件的交界处,当激光增材沉积方向与电弧增材沉积方向平行时,整体构件显微组织具有同一生长方向;并得到相比于垂直于电弧增材沉积方向时更高的力学性能。     

焊接/连接与增材制造(3D打印)

金属构件增材制造(3D打印)的技术基础是焊接/连接。近20年来,在国内外增材制造实现了两大突破:其一是把早期的激光快速成形(3D打印)光敏树脂等非金属材料制品向金属结构件的增材制造发展的突破;其二是把高能束流热源(电子束、激光束)的柔性和焊接成形技术与计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)信息技术深度融合,实现了金属结构订制式无模制造,形成了新的产业发展方向。引入"广义增材制造"的概念,更是把其它类型能源用于增材制造也涵盖其中,扩大了热源范围,有利于增材制造产业面的扩展,如氩弧堆焊成形、焊接修复、等离子喷涂成形、冷喷涂成形、线性摩擦焊块体组焊成形等。北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室、航空连接技术重点实验室与中国搅拌摩擦焊接中心历年来研究开发了基于高能束流的增材制造技术和系列广义增材制造技术,简要论述了焊接/连接与增材制造的渊源,综述了研发并已工程应用的主要增材制造技术,为航空工业提供了新产品研发制造的快速响应。     

电弧增材制造成形在线监测与控制研究进展及展望

电弧增材制造以电弧为载能束逐层熔化金属丝材直至形成全焊缝金属构件,因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势而备受推崇.成形尺寸的自动检测与控制是推进电弧增材制造技术工程化应用、快速产业化必须解决的关键科学与技术挑战.主要从成形工艺调控、过程在线监测与控制角度阐述了国内外电弧增材制造成形控制技术的研究现状,以红外、电参数和视觉监测原理为出发点,重点分析了现有电弧增材制造在线监测与成形控制技术的研究进展与不足,提出了未来电弧增材制造成形在线监测与控制技术的主要发展方向.     

随弧激冷对电弧增材制造温度场及组织性能的影响

针对电弧增材制造过程中严重的热积累所导致的成形件成形质量差、尺寸精度低以及晶粒粗大等问题,提出通过随弧激冷电弧增材制造方法来改善电弧增材制造过程中的热积累.采用数值模拟与试验相结合的方法研究随弧激冷对电弧增材制造过程温度场的影响,分析施加冷源对成形件的成形质量以及组织性能的影响.结果表明,施加冷源能够有效改善电弧增材制造过程中的热积累,提高成形件的成形质量以及尺寸精度,优化成形件的显微组织以及力学性能.     

电弧增材制造过程的外形控制优化

电弧增材制造由于其高堆积速率、高材料利用率、低设备费用及可制造大型构件的能力而广受关注,但由于电弧增材制造在同向堆积时存在起弧处堆积高、熄弧处堆积低的问题,影响了电弧增材构件的外形精度。基于现有设备,通过优化电弧增材制造过程中的堆积策略,从而显著改善堆积件的外形精度。相较于未优化,优化后的堆积件起弧处相较于正常段高度降低20.5%,熄弧处相较于正常段高度增加44.5%,起弧处与熄弧处的高度差减少36.4%。     

退火温度对5B06铝合金电弧增材制造组织与力学性能的影响

采用了不同退火温度对5B06电弧增材制造结构件进行了后处理工艺试验,并对退火热处理后材料的组织与力学性能进行了分析与研究。结果表明:5B06铝合金电弧增材组织为铸造组织,平均晶粒尺寸约为40~80μm,晶粒的形态分布不均匀,层间搭接部位为柱状晶,层内部为等轴晶,组织特征具有明显的各向异性。250℃以下退火对5B06电弧增材制造材料强度影响不大,但能使其塑性提高;280℃以上退火使5B06电弧增材制造材料强度与塑性明显降低,原因是晶粒的长大以及第二相质点聚集与球化。     

镁合金电弧增材制造技术的研究进展

镁合金作为最有发展前景的轻质结构材料之一，具有良好的铸造性、可加工性、生物相容性和优异的力学性能，已广泛用于汽车制造、航空航天以及生物医学等多个领域。随着轻量化发展，开发镁合金整体构件已成为其应用趋势。但是，整体构件通常具有规模大、结构复杂的特点，相较于传统制造工艺，电弧增材制造具有沉积速率高、成本低、材料利用率高等特点，为制备大型镁合金构件提供可能性。因此，镁合金电弧增材制造得到了不同程度的研究，本文主要从3个方面对镁合金电弧增材制造的研究进展进行综述。首先，介绍了电弧增材制造技术不同工艺方法；其次，介绍了镁合金电弧增材制造的研究现状包括成型质量和组织性能；最后，总结了镁合金电弧增材制造可能面临的挑战，为镁合金电弧增材制造技术的进一步研究与应用提供参考。