国外电弧增材制造技术的研究现状及展望

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1、综述航天制造技术综述国外电弧增材制造技术的研究现状及展望田彩兰陈济轮董鹏何京文王耀江（首都航天机械公司，北京100076）摘要：综述了电弧增材制造技术的概念、内涵及其在国外的发展历史，着重概述了国外对该技术的几何形状成形能力、组织特征、力学性能的基础研究现状，最后对该技术在航空航天领域的应用现状及发展趋势进行了总结及展望。关键词：电弧增材制造；航空航天；研究CurrentStateandFutureDevelopmentoftheWireArcAdditiveManufactureTechnologyAbroadTianCailanChenJilun

2、DongPengHeJingwenWangYaojiang(CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076)Abstract：Theconceptandthehistoryofthewirearcadditivemanufacturetechnologyhadbeensummarizedinthispaper.Thebasicresearchesontheabilityofthegeometricalforming,themicrostructurecharacteristic,andthemechani

3、calpropertiesofthistechnologyhadbeenmainlysurvied.Finally,thecurrentstateoftheapplicationonaerospaceareasandthefurtherdevelopmenttrendofthistechnologyhadbeenpreviewed.Keywords：wirearcadditivemanufacture；aerospacearea；basicresearch1引言Manufacture，WAAM）是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接（MI

4、G）、钨极惰性气体增材制造技术又称“3D打印”技术，以“今日设保护焊接（TIG）以及等离子体焊接电源（PA）等焊计，明日产品”的理念受到高校、研究院所以及航空机产生的电弧为热源，通过丝材的添加，在程序的控[1，2]航天等大型企业的广泛关注。经过近一个世纪的制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属[6～11]发展，它从依据粘接原理开发的叠层成形技术逐渐发零件的先进数字化制造技术。它不仅具有沉积效展到以紫外光为热源的光固化成形技术，再发展到现率高；丝材利用率高；整体制造周期短、成本低；对在以电弧、电子束、激光等高能束为热源的快速熔化零件尺寸限制少

5、；易于修复零件等优点，还具有原位成形技术，实现了有机材料、无机非金属材料、金属复合制造以及成形大尺寸零件的能力。较传统的铸[3～8]材料产品的快速制造。针对金属材料，根据高能造、锻造技术和其它增材制造技术具有一定先进性，束热源分为电弧增材制造、激光增材制造、电子束增与铸造、锻造工艺相比，它无需模具，整体制造周期材制造等技术，原材料一般有金属粉末和焊丝两种形短，柔性化程度高，能够实现数字化、智能化和并行[9]式。热源的差异导致增材制造技术在成形精度、沉化制造，对设计的响应快，特别适合于小批量、多品积效率以及对复杂零件敏感程度等方面的差别。种产品的制造。

6、WAAM技术比铸造技术制造材料的显电弧增材制造技术（WireArcAdditive微组织及力学性能优异；比锻造技术产品节约原材作者简介：田彩兰（1982-），博士，材料科学与工程专业；研究方向：金属材料增材制造技术。收稿日期：2015-02-2857综述2015年4月第2期料，尤其是贵重金属材料。与以激光和电子束为热源微组织特征及力学性能展开了大量基础研究。法国的增材制造技术相比，它具有沉积速率高、制造成本Ribeiro等人设计了机器人GMAW快速成形制造系低等优势。与以激光为热源的增材制造技术相比，它统，对其几何形状的成形能力进行了研究，并成形了对

7、金属材质不敏感，可以成形对激光反射率高的材典型试验件，如图1所示。美国的Ouyang等人采用质，如铝合金、铜合金等。与SLM技术和电子束增材变极性TIG焊接系统快速成形5356铝合金零件，分制造技术相比，WAAM技术还具有制造零件尺寸不受析了焊接参数与沉积层几何尺寸的关系，并对预热温设备成型缸和真空室尺寸限制的优点。度、弧长控制等基础工艺进行了研究。此外，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所、美国南卫理工会大学、英2电弧增材制造技术的发展历程国克莱菲尔德大学等科研机构也对电弧增材制造技术几何形状的成形能力及组织性能开展了相关研究。早在1925年，美国的Bak

8、er等人首次以电弧为热源通过金属熔滴逐层沉积的方式制造出“3D打印”[9]金属材质的装饰物品。20世纪70年