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为机体制造降本70%,电弧增材制造(WAAN)就可以!

今天小编为大家带来了一篇《为机体制造降本70%,电弧增材制造(WAAN)就可以!》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

原标题:为机体制造降本70%,电弧增材制造(WAAN)就可以!

近日,澳大利亚金属3D打印初创公司AML3D融资了700万澳元(约3390万人民币),这笔巨资将用于新生产模块的购置,为客户提供更多元化的服务。

制造中心可容纳7台超大尺寸的Arcemy金属3D打印机

投资3D打印领域并不新奇,但是,AML3D公司所注资的Arcemy金属3D打印机采用的是一种较为罕见的金属3D打印技术——电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)技术。 一般来说,光固化(SLA)、选择性激光烧结/熔化(SLS/SLM)等是金属3D打印中常见的技术,可是,对于重工业,如航空航天、船舶、能源化工、煤矿冶金等行业来说,电弧增材制造(WAAM)技术的应用更具优势。

用于重工业的零件通常是量少的客制化制造,其小批量生产的痛点通常也导致交货时间长和成本高,而金属3D打印带来的免模具生产正好可以避免这些痛点。

金属3D打印工艺对比

电弧增材制造(WAAM)技术

作为一种新兴的金属增材制造技术,WAAM技术以电弧为热源,通过熔化金属丝材实现金属结构件逐层堆焊成形。尤其适用于以低成本生产高完整性的中大型金属结构件,目前在航空航天、船舶、能源动力、国防军工等偏重工业的领域有着较为突出的优越性。

WAAM技术打印的大尺寸组件

成形结构件由全焊缝构成,化学成分均匀、致密度高,材料适应性强,成形速率可达几kg/h,是目前被广泛认为最具有潜力实现金属结构件经济可靠增材制造的方法之一。

此外,该技术支持在无封闭仓的环境下自由成形,因此结构件尺寸将不受限制。但是,WAAM技术的特殊性会使得成形件表面质量较低,因此一般需要二次表面机加工。

WAAM技术的特殊性:

成形过程中随着堆焊层数的增加,成形件热积累严重、散热条件变差,熔池凝固时间将增加,熔池形状难于控制,尤其是在零件边缘,由于液态熔池的存在,边缘形貌与成形尺寸的控制更加困难。

NTi公司电弧增材制造案例及加工后成品

区别于其他增材制造技术,WAAM技术追求的是低成本、高效率而非高精度,应用目标是大尺寸复杂件的低成本、高效快速近净成形。

WAAM技术的开发动力是减少原料及成本

在机体制造领域,机翼大梁一般通过机加工或锻件制造,但会损失50%原料。而起落架的应用仍在考虑中,采用WAAM技术预计能节省70%的成本。 近几年,WAAM技术的实际应用案例并不少。

2015年,Norsk Titanium公司制造的某电弧增材成形零件成本降低了50%-70%,产品上市时间可缩短75%。2016年,BAE系统公司通过WAAM技术制造了“狂风”GR4战斗机1.2m长的钛合金机翼大梁。2018年,中国兵器工业集团材料院宁波所采用WAAM技术制造了“微厘空间一号试验卫星”的核心部件——连接器壳体。2018年,Huisam公司通过WAAM技术制造了重约1000公斤的起重吊钩,并完成负载测试,这一方法正日益应用于航运业。2019年,RAMLAB生产出世界首个金属3D打印的全尺寸船舶螺旋桨原型,名为WAAMpeller。

直径1350毫米,重400公斤的镍铝青铜(NAB)合金螺旋桨

2019年,Thales Alenia Space、克兰菲尔德大学和Glenalmond Technologies公司组成的团队成功地通过WAAM技术制造了第一个全尺寸钛压力容器原型,将用于未来空间探索载人任务。

该压力容器高约1m,质量约8.5kg,材料为钛合金

直接从数字绘图到最终结构,WAAM技术将两个独立的部分集成到一个部件中,免去了长时间的锻造。此外,若使用传统的生产方式,所需的原材料将是其最终质量的30倍左右,而该技术使得该压力容器节省了超过200kg的钛合金。截止目前,最大尺寸的WAAM样件长达10米,由一直致力于WAAM技术研发的克兰菲尔德大学制造。

长达10米的WAAM 样件

随着众多领域对结构件轻量化、大型化、整体化的需求日渐突出,3D打印在数字化、轻量化、设计测试、降本增效、性能发挥等方面都展现出了其不凡的优势。

尤其在工业领域,更是强调金属3D打印的低成本批量化应用。

作为最前沿、最有潜力的3D打印技术,金属3D打印是先进制造技术的重要发展方向。然而,国内3D打印市场长期处于早期发展阶段,WAAM产业化仍处于起步阶段,与先进国家相比还存在较大差距,尚未形成完整的产业体系,离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。

据小编了解,目前国内有涉及WAAM技术的增材制造企业仅有一家——于2016年成立的西安鑫精合,其TSC-ARC1401设备采用CMT冷金属过度方式成型,可实现厚度仅为0.3 mm的超轻板材焊接。 相信在不久的将来,会有更多的3D打印大牛加入到WAAM的研发制造行列,一同助力中国制造!

来自:ITES深圳工业展

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