AL-Mg-Zn合金机器人WAAM制造工艺试验研究(3)
1.1.2 研究意义WAAM 技术相对于之前的制造方法有几个优点，其一是这种快速成型技术的沉积率高，制造效率高，对丝材的利用率很高，其二是该技术的整体制造周期短，大大缩短制造时间，在用于大批次的制造过程中尤为明显。再者，WAAM 相较与传统的制造方法对零件的制造有着独到的优势，其对零件的加工要求小，能够较快成型大尺寸零件且无须模具，在制造过程中也可进行改进和加工，十分方便。且通过该方法制造的构件的显微组织和力学性能比较优异。电弧增材制造技术如今在很多方面都有需求，比如铝镁合金具有高强度，耐腐蚀，密度低，导热性等优势，非常适合在航空航天，船舶等领域的要求。但其制造成本高，制造周期长的制造条件很大程度上的制约了铝镁合金的应用[7]。而节约材料，生产周期短的增材制造技术无疑是对症下药。其次，加入较多含量的 Mg的铝合金，具有良好的室温力学性能、高的延展性。随着对零部件整体性和复杂性要求的提高，越来越多的铝镁合金复杂整体结构件开始采用铸造方法制造，但由于铝镁合金具有收缩率大、补缩性差的特点，使得整体结构件铸造的难度较大。基于铝镁合金同样的特点，造成铝镁合金铸件补焊难度大，容易产生热裂纹，实际生活中经常因为一个很小的焊补失误而使整个构件不合格[8]。而利用电弧增材制造技术可以使航空航天的焊补技术得以进一步完善。目前，电弧增材制造技术技术在航空航天领域的应用主要集中在制造和修复。通过电弧增材制造可以快速的生产航空航天所需的特定零件。修复一般有包含两方面，一方面是能对新加工零件的缺陷进行修复，另一方面该技术能对已经破损的不方便拆下的旧零件的修复。虽然目前 WAAM 相关的的设备的技术储备不足，相关资料短缺，很少能进行较大层次的技术工作。但是随着该技术的不断进步和发展，本科毕业设计论文 第 3 页WAAM 技术在航空航天领域大有可为。
1.2 电弧增材制造技术在国内外的研究状况海外的电弧增材制造技术起步较早，早在 1925 年，美国的 Baker 等人首度以电弧为热源通过金属熔滴逐层沉积的方法制造出“3D 打印”金属材质的装饰物品。20 世纪末，德国科学家首度提出了以金属焊材为原材，使用送丝埋弧焊方式制造出大尺寸金属构件的理念[9]。继伏能士公司开发出冷金属过渡(Cold Metal Transfer， CMT)技术后， 因其具有较低热输入、熔滴过渡无飞溅、电弧稳定等不同与一般GMAW 的弧态特征，克服了GMAW 增材成形的诸多弊端而在WAAM 成形领域展现出独特的优势[10]。对于工艺数据的系统性研究则出现在2012 年，在克兰菲尔德大学诸如焊接电流，焊接电压，送丝速度和熔敷速度等工艺参数对电弧增材制造成的外观和构件性能的影响进行了研究。 通过对焊接电流及焊接速度间关系的讨论，研究了焊接速度对构件整体形态的影响力。该机构通过三维焊接实现了对封闭构件的焊接。美国塔夫茨大学的 Kwak 等人依据熔敷层的外观形貌作为信息源，设计了一个双输人输出的闭环控制系统，来实现对成形过程中成形尺寸特征的实时闭环控制。该系统利用增材制造焊枪进行熔敷制造，利用等离子焊枪对基材进行加工，利用两套结构光传感器对热处理层的外观铸体开展研究，并利用一套红外摄像机进行对构件外表轮廓的温度观测，以焊接速度和送丝速度作为自变量，熔敷层的层高和层宽作为因变量[11]。近年来，国外各大公司和研究机构都在电弧增材制造术的应用方面有所突破，Cranfield 大学应用熔化极气体保护焊 WAAM成形的钛合金铸件，熔敷速度可至每小时熔敷数公斤材料，对焊材利用率达到90%以上，应用这种技术可在一小时内完成制造，并且合格率很高。洛克希德·马丁公司以 ER4043 焊丝为原料，采用 WAAM 技术的方法研制出了大型锥形筒体，高度达到 380mm；庞巴迪公司采用 WAAM 技术直接在大型平板上成型了大飞机的肋板，该肋板是长2.5 米左右，宽 1.2 米左右的大型结构体[12]。
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