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电弧直接沉积工艺
资料介绍
一、WAAM工艺基本原理与技术特征
电弧直接沉积工艺（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）是基于熔化极气体保护焊（GMAW）、钨极氩弧焊（TIG）或等离子弧焊（PAW）原理开发的金属增材制造技术，属于定向能量沉积（Directed Energy Deposition, DED）增材制造工艺的分支。该工艺以金属焊丝为原材料，通过电弧熔化焊丝后按照规划路径逐层堆积，直接获得近净成形的金属构件，相比激光选区熔化、电子束熔融等粉末基增材制造工艺，WAAM具有设备成本低、材料利用率高、沉积效率高、构件尺寸不受限等核心优势，在大型金属结构件快速制造领域展现出广阔应用前景。
从工艺原理来看，WAAM的核心系统由三部分构成：运动执行系统（多轴工业机器人或龙门数控机床）、电弧热源系统（焊接电源与焊枪）以及送丝系统，部分高精度WAAM设备还会配备实时监测与闭环控制系统。工作时，运动系统带动焊枪按照三维模型切片得到的路径运动，电弧持续熔化送入的金属焊丝，熔滴在基材或前一层沉积道表面润湿铺展并凝固形成沉积层，逐层堆积后直接得到与三维模型轮廓一致的近成形构件，后续仅需少量精加工即可获得满足尺寸精度要求的成品零件。
相比其他金属增材制造技术，WAAM的技术特征可以总结为四点：第一，材料利用率接近100%，焊丝几乎全部转化为构件实体，相比传统锻造切削加工材料利用率通常不足30%的水平，WAAM可以大幅降低贵重金属材料的损耗；第二，沉积效率远高于粉末基工艺，普通GMAW型WAAM的沉积效率可达5~10kg/h，远高于激光选区熔化通常不超过0.5kg/h的沉积水平，适合大型构件快速制造；第三，设备与原材料成本极低，电弧焊接技术已经非常成熟，WAAM仅需将成熟焊接电源与工业机器人结合即可搭建，焊丝原材料的价格也远低于同成分球形粉末，设备成本仅为同产能激光增材制造设备的1/5~1/10；第四，构件尺寸不受设备工作舱限制，通过工业机器人的长行程运动机构，可以实现数米级甚至更大尺寸金属构件的直接制造，适合航空航天、船舶重工领域大型整体结构件的快速生产。
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