国内外增材制造技术的研究现状

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1 电弧增材制造技术的种类及特点

根据所用热源电弧种类的不同，可以将电弧增材制造技术分为五大类[4]，表1。1简单归纳了不同电弧增材制造技术的特点及其适用条件。日前，针对电弧增材制造技术的研究方向主要集中在以下几方面：复杂零件路径的优化、零件尺寸精度调控规律、零件性能调控技术，大型结构件变形控制、装备设备小型化及专业化研究、多种技术高度集成系统开发、成形材料体系化[5]。87879

表 1。1 不同电弧增材制造技术的特点[4]论文网

焊接方法技术特点适用条件

熔化/非熔化极气体保护焊热输入较高，热影响区较大，但是设备成本低适合约为1。5mm的厚度，过低则会降低成形精度；不适合有阶梯面或曲率半径小的零件

等离子能量集中，热输入相对较小，设备成本相对低性价比较高，熔积层的结合强度较高，适用金属范围较广，基本可以加工各种金属材料

激光能量集中，设备成本相对较高，热影响区小成形效率比较高，能够实现多种材料或着功能梯度材料零件的制造

电子束能量集中，设备成本相对适中，热影响区小高真空环境，非常适合钛、铝等活性金属，但成形尺寸受限

由表1。1可以看出，当采用GTAW或者GMAW电弧作为热源时，虽然设备成本较低，但是由于输入热量较多，导致产品成型效果较差；采用真空电子束焊作为热源时，设备的生产制造必须在真空的环境下进行，因此不仅成本较高，工件尺寸还会受到真空室尺寸大小的限制；采用激光焊作为热源时，设备较为昂贵，尽管成形效率较高、适用材料的范围较广，但是性价比低，不适合大范围推广应用。相比之下，PAW焊则具有效率高、成本低的优点，这些优点在企业使用该技术进行批量生产时会被放大，能大大节约生产成本。而目前国内PAW增材制造尚未普及，对于薄壁件的焊接，绝大多数还是采用氢弧焊或真空电了束焊接，不仅变形大，质量也得不到保证。未来的工业生产对于焊接技术的要求及研究不仅仅停留在技术层面，还要在速度、效率、安全性以及可靠性等多方面的多种角度进行深入探究。因此，等离子增材制造技术在我国具有广阔的发展及应用前景。

2 电弧增材制造技术国外研究现状

尽管丝材电弧增材制造技术的思想可以追溯到20世纪初，但在当时并未引起过多的关注。一直到1983年时，德国的Kussmaul等人[6]使用埋弧焊的方法堆积出大型的柱状厚壁容器；由于计算机技术的快速发展，数字化控制技术也得到了快速的发展，电弧增材制造技术结合数字化控制手段在成形大型复杂结构件上表现出更大的优势，国际上越来越多的科研机构相继开始并专注于电弧增材制造技术的开发工作。法国的Ribeiro及其团队[7]设计出一套机器人GMAW增材制造系统，堆覆出图1。1所示的成形构件。美国的Ouyang等人[8]也堆积出了典型的成形构件，如图1。2所示，采用方法是变极性GTAW工艺，堆积材料为5356铝合金。最近几年，许多发达国家更是从国家战略层次上对增材制造技术给予了高度的重视，例如2012年美国政府就提出了“制造创新国家网络”计划，为了使美国的制造业振兴，总共投资7000万美元（政府投资3000万美元、企业配资 4000万美元），启动了美国的首个增材制造项目[9-12]。