近日，3D打印技術(shù)參考注意到西交大新聞網(wǎng)刊發(fā)了一篇題為《科技自立自強，西安交大金屬增材制造科研團隊在新型熔滴+電弧增材制造鋁合金研究方面取得新進展》的文章，展示了該校魏正英教授團隊的最新研究成果。
筆者查詢了作者團隊發(fā)表的論文原文，文章提到，鋁合金因具比強度高、高導熱、來源廣、成本低等優(yōu)點，成為汽車、航空航天、軌道交通等多領(lǐng)域應用最廣泛的金屬材料之一。隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，多種類型的金屬3D打印技術(shù)被用于鋁合金成型研究和應用，其中以激光和電弧增材制造最為突出。
對比兩種熱源的3D打印技術(shù)，激光粉末床熔融技術(shù)在制造中小尺寸、高復雜、高精度零件方面具有顯著優(yōu)勢，但由于材料本身所固有的高導熱、高反射和易氧化等特點使其難以借助激光實現(xiàn)高效沉積。3D打印技術(shù)參考在《鋁合金大尺寸構(gòu)件3D打印一體化制造的需求、限制因素及進展》一文中進行過詳細描述。
電弧增材制造相比激光在鋁合金3D打印方面具有顯著優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)在大型構(gòu)件制造方面。3D打印技術(shù)參考已經(jīng)觀察到眾多的應用案例，如波音公司已經(jīng)擴大了與澳大利亞金屬3D打印公司AML3D的合作，借助電弧3D打印大型鋁合金構(gòu)件；前不久，西工大刊文指出林鑫教授團隊鋁合金電弧增材制造研究為我國航天提供了重要支持?？偟膩碚f，鋁合金電弧增材制造正在引起越來越多的關(guān)注。
然而，電弧增材制造也有很多問題需要解決。根據(jù)西交大新聞網(wǎng)和論文原文的描述，當前研究普遍認為電弧本身不夠穩(wěn)定：沉積層磁場、氣流和表面形貌都對電弧形態(tài)有顯著影響。同時，絲弧之間的強耦合使材料添加和熱輸入匹配非常嚴格。電弧穩(wěn)定性和材料傳遞模式是電弧增材制造的核心任務，打破傳統(tǒng)電弧增材制造中絲弧之間的強耦合是解決上述問題的根本途徑。
西安交大魏正英教授金屬增材制造科研團隊研究比較了電弧增材GMA-AM（氣體金屬電弧增材制造）、激光-GMA混合制造、旁路耦合WAAM、氣體鎢絲電?。℅TA）增材等技術(shù)，提出一種新型熔滴+電弧增材制造方法（DAAM），實現(xiàn)了鋁合金部件的高質(zhì)量和高效率制造。
在DAAM系統(tǒng)中，團隊設(shè)計了一種特殊的熔滴發(fā)生系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的送絲系統(tǒng)，使材料添加過程和弧熱輸入過程成為兩個獨立的部分。該研究采用變極性氣體鎢?。╒P-GTA）作為熱源，選用2219鋁合金作為沉積材料，首先分析了熔滴生成過程和熔滴+電弧沉積特性。然后提出一種熱輸入策略，實現(xiàn)具有良好形貌的薄壁構(gòu)件的制備。在此基礎(chǔ)上，研究了微觀結(jié)構(gòu)分布和晶粒形貌。最后，研究了不同工藝條件下的拉伸性能和斷裂特性。
相關(guān)研究成果以《一種新型的鋁合金熔滴+電弧增材制造方法》（A novel droplet + arc additive manufacturing for aluminum alloy: Method, microstructure and mechanical properties）為題發(fā)表在增材制造頂刊Additive Manufacturing上。文章第一作者為西安交通大學機械工程學院碩博連讀博士生賀鵬飛，作為新工藝平臺的設(shè)計與研制及工藝負責人對新工藝研制成功做出了突出的貢獻。
近年來，西安交通大學魏正英教授金屬增材制造團隊先后研究了多物理場耦合的金屬增材過程的傳熱傳質(zhì)增材成形機理，對光/粉末耦合機制、熔滴與超常熔池冶金動力學行為進行研究，分析金屬增材制造中熔化特性及凝固宏觀形貌和微觀組織特征；分析了多重熱循環(huán)中應力變形機制，對金屬增材形—性的一體化進行調(diào)控機制研究；研究了金屬增材制造精度控制、性能預測和可視化測量反饋控制技術(shù)，利用自主研制的SLM平臺進行了航天的金屬選區(qū)融化技術(shù)研究。
針對輕質(zhì)鋁合金激光增材高效成形的難點，團隊成功研制了顆粒增強鋁基復合材料熔滴/電弧高效增材制造技術(shù)與設(shè)備，并建立了熔滴復合電弧3D打印成形系統(tǒng)和動態(tài)監(jiān)視反饋的主動控制軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了耐磨陶瓷顆粒增強鋁基復合材料構(gòu)件的熔滴/電弧高效增材制造。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042200745X
注：本文轉(zhuǎn)載自：3D打印技術(shù)參考