電弧增材的案例
面向科研的電弧增材平臺 AMmake T1 重磅發布，融速科技將亮相2023 TCT Asia
導讀：電弧增材制造技術以打印效率高、原材料成本低等優勢而備受關注，配合CNC等加工設備可以快速的制造大型金屬工件，應用于航空航天、汽車等眾多領域。
2023年9月5日，南極熊獲悉，電弧增材制造設備廠商融速科技即將發布一款新產品——電弧增材平臺AMmake T1，并即將亮相 2023 TCT Asia展會。據悉，這是融速科技專門面向科研機構和高校研發的電弧增材試驗平臺，也是 AMmake T1首次和觀眾見面。
△融速科技電弧增材平臺AMmake T1
高效賦能，為科研而生
為了滿足科研需求，AMmake T1 支持多達22+種材料工藝包，打印壁厚可低至3.5mm，滿足不同企業對增材和打印厚度的要求。設備還能采集13+工藝參數，便于后期生成報告和科研分析。
同時，融速科技團隊還開發了全自動Z 軸高度補償功能，讓客戶在打印過程中無需擔心層間高度變化和撞槍風險，為高質量打印提供有效保障。設備還配有全自動控溫系統，實現精準控溫。
△全自動Z 軸高度補償
多種工藝數據，一鍵導出
AMmake T1 支持多種工藝數據一鍵導出：一鍵導出全流程工藝可編輯數據、一鍵生成全流程工藝延遲視頻、一鍵預覽打印過程孿生仿真，滿足科研用戶多樣的研發需求。
該設備搭載AMtwin?系統，利用數字孿生技術，打印過程動態展現，完整記錄和再現整個增材過程。同時搭配高動態HDR 熔池攝像頭, 可通過顯示器時刻觀測熔池和電弧狀態。
△多種工藝數據一鍵導出
高度契合科研需求
突破原有大型金屬增材裝備對裝機空間的要求，這款AMmake T1 擁有更為小巧的身板，底部滾輪移動靈活，可以輕松實現科研場所的裝機應用。
展開 歐洲采用電弧增材制造工藝成功制造空間探索鈦壓力容器
WAAM3D公司將在未來幾個月向工業界提供所有這些工具，我們期待這將對工業大規模增材制造產生的影響。”
大型電弧熔絲金屬3D打印高強度合金，AML3D開辟新市場新應用
US20210016381A1.pdf 下載https://www.nanjixiong.com/thread-150101-1-2.html
中國的電弧熔絲金屬3D打印
在中國，也有一些做得不錯的電弧熔絲金屬3D打印廠商，特別是南京英尼格瑪。在電弧增材制造方面，南京英尼格瑪算是業內最早涉足的企業之一，已在這個行業深耕了十年之久，已掌握了電弧增材制造的整套技術，包括裝備、工藝、軟件和材料等，目前在國內乃至國際已處于領先的地位。
ENIGMA ArcMan系列電弧增材制造系統（具體產品說明
https://a.eqxiu.com/s/CxHkSlN6），集專業的產品設計工程師、工藝工程師、機器人應用工程師等經驗于一身。實現高性能、高效率 、高性價比的大型金屬構件的智能增材制造。從設計研發到制造維護，到突破傳統制造工藝的材料、結構、功能一體化復雜構件，無論是否具有豐富的電弧增材經驗，都可以朝“思”暮“享”。它采用電弧增材制造技術，能制造任意復雜程度的三維模型，工藝過程全自動，成型工件質量高，目前成套產品已廣泛用于空航天，軍工，核電，船舶，汽車，石油石化等多個領域。
展開 電弧金屬3D打印高壓管道卡箍，MX3D在石油化工領域的應用
這當然不是增材制造第一次被用于石油化工應用。今年早些時候，石油和天然氣公司瓦盧瑞克通過設計和3D打印一個對安全至關重要的水襯套部件，在海上設備制造方面取得了新的突破。據報道，該部件是為法國石油巨頭道達爾公司設計的，是首次使用WAAM工藝進行3D打印的含壓部件。
在其他地方，一個由ABS、SembcorpMarine和3D Metalforge組成的合作團隊最近為康菲石油公司的極地油輪安裝了最終端應用的3D打印部件。這些打印件包括一個功能性離心泵軸、一個組合式鹽水/空氣噴射器噴嘴和一個污水泵聯接裝置，每一個都通過了嚴格的安全檢查。
中國的電弧熔絲金屬3D打印
在中國，也有一些做得不錯的電弧熔絲金屬3D打印廠商，特別是南京英尼格瑪。在電弧增材制造方面，南京英尼格瑪算是業內最早涉足的企業之一，已在這個行業深耕了十年之久，已掌握了電弧增材制造的整套技術，包括裝備、工藝、軟件和材料等，目前在國內乃至國際已處于領先的地位。
ENIGMA ArcMan系列電弧增材制造系統（具體產品說明
https://a.eqxiu.com/s/CxHkSlN6），集專業的產品設計工程師、工藝工程師、機器人應用工程師等經驗于一身。實現高性能、高效率 、高性價比的大型金屬構件的智能增材制造。從設計研發到制造維護，到突破傳統制造工藝的材料、結構、功能一體化復雜構件，無論是否具有豐富的電弧增材經驗，都可以朝“思”暮“享”。它采用電弧增材制造技術，能制造任意復雜程度的三維模型，工藝過程全自動，成型工件質量高，目前成套產品已廣泛用于空航天，軍工，核電，船舶，汽車，石油石化等多個領域。
展開 
機器人焊接電弧金屬3D打印技術，MX3D融資225萬歐元
△MetalXL
MetalXL使用機器人WAAM技術（電弧增材制造），可以在內部對進行大型工業3D金屬打印。軟件將工業機器人和電源連接在一起，并轉換為工業級3D金屬打印機，而CAPEX和OPEX則要低得多。MetalXL涵蓋了從端到端的工作流程，可一次完成從設計到零件的打印。MetalXL還具有先進的功能，可提高生產率、材料的一致性能和連續監控，包括自動校準、動態傳感器、實時操作反饋和高分辨率數據記錄。
△MetalXL工作流程
WAAM技術（電弧增材制造）
MX3D以在阿姆斯特丹市中心的3D打印不銹鋼橋梁而聞名，被視為機器人電弧增材制造（WAAM）行業的先驅。因此，公司希望這項技術可以為石油、天然氣、海事和工具等重工業打開AM優勢的大門。
△3D打印阿姆斯特丹不銹鋼橋
WAAM電弧熔絲3D打印技術（Wire Arc Additive Manufacture，WAAM）。一般情況下，WAAM是一種利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護焊接（MIG）、鎢極惰性氣體保護焊接（TIG）以及等離子體焊接電源（PA）等焊機產生的電弧為熱源，熔化金屬絲材，并在程序的控制下，根據三維數字模型由線-面-體逐漸成形出金屬零件的先進數字化制造技術。具有以下優點：
沉積效率高
絲材利用率高
整體制造周期短、成本低
對零件尺寸限制少
易于修復零件
不僅如此，這項技術還具有原位復合制造以及成形大尺寸零件的能力。
展開 航空航天增材制造高峰論壇演講摘要
2018年7月27日上午，航空航天增材制造論壇在杭州國際博覽中心103A盛大開幕。南極熊3D打印網小編現場聆聽了不同專家對此話題的理解和應用。
中國航天科工集團第三研究院工藝處處長劉全福
劉全福在致辭中表示，中國航天科工三院作為中央特大型國有企業，肩負科技強國、航天報國的使命，致力于中國航天事業和國防事業的發展，致力于中國航天事業和國防事業的發展。中國航空科工集團在2016年依托航天三院建立了航空科工集團公司增材制造技術創新中心。目前，中心已在高品質增材制造原材料研發、增材制造系統性應用研究等方面開展了一系列工作，并已成功在一批航天產品中得到應用。同時依托航天云網平臺積極開展了增材制造+互聯網新模式探索。航天科工三院，愿意攜手增材制造產業界的同仁，為航天事業發展和增材制造產業持續健康發展作出一份貢獻。
中國航天科工三院副總工程師楊俊
楊俊進行了《創新、融合、開放、共贏的航天增材應用》的主題演講，他介紹航天科工增材制造中心在三院的研究方向涵蓋了激光學、選區成型、電子束、電弧增材制造、光固化、選區燒結、材料的堆積等等專業方向。產業鏈的覆蓋包括粉末的研發、結構優化設計、工藝研發、設備研發等等方向。計劃到“十三五”末要建成具備裝備信息化、工業化高層次深度融合增材制造智能制造的工廠，形成規模化應用，發展成為國內一流的增材制造服務商，實現增材制造原材料國產化、增材制造裝備自主化、增材制造服務規模，達到有示范作用的航天增材制造全產業鏈發展模式。
航天一院211廠王福德
王福德在演講中主要介紹了電弧增材制造技術，他表示現在飛機上的鈦合金件都是通過鍛或者扣出來，材料利用率非常低，飛機上材料利用率一般都在1%，很少超過5%，最高10%，因此在鈦合金冶煉過程中實際上增加了很多碳排放。而先用電弧增材制造技術做一個毛坯，可以大大提升利用率，減少碳排放。
展開 看空客如何探索用3D打印來加強飛機機身結構部件
結構部件可以由金屬整體形成，通過AM-增材制造工藝，可以以相對簡單的方式生產高度復雜的二維或三維金屬部件，這是整體形成由實心和網格部分組成的結構部件的可行方式。原則上，AM工藝也可用于加工復合材料從而形成整體結構部件，例如碳纖維增強復合材料。
除了碳纖維增強復合材料，結構部件可以基本上由鋁或鈦形成。鋁合金由于其耐用性和可靠性而廣泛用于飛機制造中。鈦或鈦合金具有高耐溫性和耐腐蝕性，并且與其他金屬相比，盡管密度相對較低，但具有高強度。因此，在飛機或航天器的高應力部件的情況下使用鈦或鈦合金比較普遍。 當然可以使用鈦合金和鋁合金的組合，例如實心部分可以由鈦合金形成，而網狀可以由便宜得多的鋁合金制成。
而在設計過程中，根據預定應力載荷進行應力計算之后，可以使用拓撲優化或類似方法來優化結構部件。因此，對于給定的一組設計要求，可以找到最佳部件設計布局，然后通過3D打印的工藝來制造完成。
3D科學谷Review
根據中國航空報，2018年空客旗下Stelia航宇公司的工程人員通過電弧增材制造（WAAM）技術創造出了世界首個自加強機身壁板，他們以增材制造集成加筋結構以提供結構加強。工程人員使用的是絲束電弧增材制造，將加筋鋁絲沉積到壁板的內表面。之前，機身內部網狀的加筋結構均是通過手工緊固或者焊接上去的。
由于該項目的成功，STELIA對電弧增材制造（WAAM）將最終取代飛機機身面板的傳統生產方式，消除對某些進一步固定和焊接的需求表示樂觀。
相比于使用螺栓和螺釘將加強結構固定到機身面板上，通過拓撲優化，STELIA R＆T的設計師和工程師創造了一個機身骨架，將加強結構直接3D打印到面板表面，不僅避免需要更多零部件，3D打印面板加強筋不易受到銜接薄弱處的影響，從而創造出更穩定的飛機機身。
展開 電弧焊+激光熔覆混合金屬3D打印技術，德國弗勞恩霍夫Collar Hybrid
這種工藝能夠提升金屬3D打印的焊接速度和沉積速度，它結合了線材電弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）和線材激光材料沉積（WLMD）兩種增材制造工藝。這兩種工藝各有優缺點，取決于系統。
激光工藝非常昂貴且沉積率低，電弧絲增材制造則是一種成熟而穩健的工藝。但是，電弧是有方向性的，在連接三維焊縫時它不能像激光束那樣精確聚焦，也不能像激光那樣產生精細、精確的軌跡，具有一定的局限性。相較之下，激光器的熱輸入較低，并能精確地對準層結構。因此，激光工藝經常被用于航空航天領域。與激光(Wire Laser Material Deposition, WLMD)相比，線弧增材制造(WAAM)的沉積率更高。在焊接方面，激光束焊接與氣體保護金屬弧焊的結合被命名為LB-GMA混合焊接。然而，這種側向過程是方向相關的，并不是非常適用于三維焊縫的連接。
當這兩種工藝同軸結合到一個系統時，其焊接速度提高了約100％，沉積速率可提高高達150%，甚至可用于大型部件的3D打印。德國弗勞恩霍夫激光技術研究所的研究助理Max Fabian Steiner指出，由于表面波紋減少，與WAAM工藝相比，這種結合工藝所需的后處理量顯著減少。
組合過程確保協同效應
Steiner和他在研究所的同事JanaKelbassa一起開發并建造了一種特殊的水冷光學系統，這種系統能夠利用玻璃襯底和水冷電弧炬在大功率激光束下進行焊接和增材制造。在新的光學系統中，兩種能源被疊加，兩種單獨工藝的結合可謂相得益彰。
在混合工藝中，金屬絲末端與襯底之間的電弧被環形激光輻射包圍，就像被一個圓環（collar）包圍一樣，而且弧線不能突破這個環。這種新工藝得名于“強制引導”（forcedguidance），縮寫“COLLAR”指的是兩種工藝共同的同軸激光弧。
展開 面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
3.2.3 電弧增材制造技術
電弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM)技術利用熔化極惰性氣體保護焊、非熔化鎢極惰性氣體保護焊及等離子弧焊等焊接方法產生的電弧作為熱源（圖5e），以金屬焊絲為原材料，在惰性氣體的環境下，通過逐層熔化與沉積的方式，實現零件快速成形。WAAM技術沉積速率高,成
形件具有較好的強度與韌性
，采用電弧為熱源，可用于加工銅合金與鋁合金等高反射率的金屬材料
。設備成本低，材料利用率較高，成型尺寸幾乎不受限制
。但熱影響區較大，易受到多重因素影響導致缺陷累積
，成形件尺寸精度與表面質量相對較差，主要應用于較大尺寸的中低復雜度零件的高效、快速、經濟加工。
4. 面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
金屬增材制造技術雖有效解決復雜拓撲結構的可制造性差的問題
,
但仍存在某些制造約束，如結構最小尺寸小于束斑直徑時，零件實際打印輪廓會超出設計輪廓；激光選區熔化技術所能制造的零件成形幾何尺寸受限；懸垂角度選擇不當時，會產生零件裝配孔材料塌陷（圖
6a
）、結構支撐斷裂（圖
6b
）等現象；采用粉末床增材制造技術時，制造含有封閉孔洞的結構存在內部粉末與支撐無法去除
等問題（圖
6c
）。因此，在拓撲優化設計中需同時考慮結構幾何約束、成形約束、材料性能約束等多種增材制造約束（圖
7
），從產品拓撲優化設計源頭改善制造工藝局限性，以實現結構設計制造一體化
。
圖6 增材制造打印失效。
展開 河南省3D打印產業技術創新戰略聯盟成立
△清華大學王生進教授報告題目為《人工智能與3D打印技術》
△西北工業大學楊延清教授報告題目為《具有優異綜合力學性能的無Co中熵合金Ni46Cr23Fe23Al4Ti4》
△同濟大學鄭學倫教授報告題目為《3D打印材料應用及未來發展方向》
△天津大學羅震教授報告題目為《基于大數據的全球3D研究進展》
△常州大學潘太軍教授報告題目為《新型材料應用》
△新鄉學院劉鵬飛教授報告題目為《金屬電弧增材制造關鍵技術與材料研究》
△上海聯泰科技副總經理汪超報告題目為《增材制造的未來方向》
△華曙高科曾巍博士報告題目為《自助創新加速增材制造產業化》
各位專家從科研、技術、就業、創業等多個維度為學生們帶來了一場場精彩報告。此外，在舉行論壇的過程中，與會嘉賓還參觀了新鄉學院的3D打印實驗實訓中心及參展企業展臺。
南極熊相信，河南省3D打印產業技術創新戰略聯盟的成立將助力形成眾多產學研成果，將為新鄉學院加速轉型發展提供強大動力，為地區和行業經濟轉型升級，實現高質量發展提供創新驅動力。
下載安裝【南極熊3D打印】手機APP，閱讀新鮮行業資訊。
展開 分享 | 國家增材中心10m級高強鋁合金重型運載火箭連接環實現一體化制造（材易通）
為搶占世界增材制造科技戰略高點，滿足我國航天事業發展需要，盧秉恒院士團隊潛心研發，克服了多路打印的運動控制、大尺寸結構件打印的變形與應力調控等難題，成功實現了大型航天鋁合金回轉體構件整體增減材制造成形、組織性能精確調控等關鍵技術突破，為我國航天型號工程的快速研制提供了技術支撐，亦讓我國深空探測裝備硬件能力得到大幅提升（延伸閱讀可查看國家增材院的相關課程）。
盧院士等人與10m級高強鋁合金重型運載火箭連接環
據筆者了解， 2020年第四屆中國（西安）國際3D打印博覽會暨高端論壇期間，一款名為「大型金屬制件增鍛減裝備」被發布，該設備是齊重數控為西安增材制造國家研究院有限公司開發的大型筒體電弧增材制造裝備（國家重點研發計劃項目）。3D打印技術參考猜測，本次成功一體化制造的10m級高強鋁合金重型運載火箭連接環很可能就是采用該設備制造。
采用激光能量沉積直接制造鋁合金構件的瓶頸
當前以SLM技術為主的鋁合金3D打印工藝自然無法滿足大型構件的制造需求，而激光能量沉積技術為什么沒能用于大型整體高性能鋁合金關鍵金屬零件的直接制造呢？
展開 
DfAM專欄 | 增材設計思維賦能，打造最佳熱量控制模具解決方案
圖4 計算機自動生成水路優化方案仿真分析結果
STEP 3: Additive Manufacturing
安世亞太的子公司重慶安德瑞源科技有限公司于2017 年成立, 增材制造服務中心面積3000 平方米，目前擁有增材制造設備90 余臺，主要由安世亞太的增材研發子公司德迪自主研發的專業金屬及非金屬設備，同時也引進了HP、EOS、Stratasys、SolidScape、Creaform、Ultimaker、聯泰、華曙高科等品牌的優秀機型。二期10000 平米的新廠房將于2021 年7 月投入使用。新廠房建成后將擁有120 臺金屬SLM 打印機、20 臺SLS 尼龍打印機及電弧增材3D 打印機、大型FFF 打印機、大型建筑3D 打印機若干臺，成為西南地區最大的增材制造打印中心。
圖5安世亞太增材制造工藝流程
STEP 4: Mold Temperature Control
如果沒有對水路進行流量、流速、水溫等因素的精準控制，產品質量就會隨之下降。并且，伴隨著模具運行時間越長，對水路的控制和護理就會越發重要。安世亞太的模溫控制模塊，采用3D打印專用模溫機，為用戶提供全生命周期的流量、模溫監控和調節，最大限度提高成型設備（注塑機、壓鑄機等）的制造產量，提高模具使用壽命，從而提高企業運營和盈利能力。
湍流是提高冷卻效率的最佳解決途徑，能夠最大限度在模具水路中通過循環帶走熱量。雷諾系數是數學上用于測量湍流的基礎，低雷諾系數意味層流，高雷諾系數意味湍流。但并不是越高的湍流越好，反而會增加不必要的能量損耗。
展開 17種金屬3D打印技術
△Markforged Metal X 3D打印機的樣品零件 [圖片來源：Markforged]
其他金屬3D打印工藝
焦耳打印（Joule Printing）：Digital Alloys的焦耳打印看起來很像DED，但金屬絲是利用電流熔化，而不是用電弧或光束加熱。這使得打印速度更快，目前已經證明每小時可打印多達2公斤的鈦。
液態金屬增材制造（Liquid Metal AdditiveManufacturing）：Vader Systems 創建了液態金屬增材制造技術，將1200°C的液態金屬液滴以類似于噴墨打印機的方式沉積。
電化學沉積（Electrochemical Deposition）：Exaddon的CERES納米級金屬3D打印機，可以使用電化學沉積制造比人類頭發寬度還小的金屬物體。
DLP金屬打印（DLP metal printing）：ADMATEC和Prodways提供金屬DLP打印。類似于金屬材料擠出，金屬粉末與光聚合物樹脂混合，3D打印部件必須經過相同的脫脂和燒結過程，就像金屬材料擠壓方法一樣。
冷噴涂金屬打印（Cold Spray Metal Printing）：冷噴涂金屬打印最初被美國宇航局用于太空中建造金屬物體。主要特點是快（每小時6公斤的鋁或銅），缺點是不是那么準確。澳大利亞公司Titomic和SPEE3D是這項技術的領跑者。
超聲波固結（UAM）：使用聲音將薄薄的金屬箔層粘合在一起，在粘合下一層箔之前加工掉每一層的多余部分，因此它是增材制造和減材制造的結合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印機系列使用了這項技術。
激光工程凈成型（LENS）：是一種基于激光的方法，需要一個非常可控的環境。
展開 金屬增材制造最前沿
金屬增材制造是先進制造的重要方向之一
金屬增材制造是最前沿和最有潛力的增材制造技術，是先進制造技術的重要發展方向。金屬增材制造技術是以高能束流（激光束/電子束/電弧等）作為熱源，通過熔化粉材或絲材實現金屬構件逐層堆積成形。根據所采用能量源和成形材料的不同，典型的金屬增材制造主要包括激光選區熔化（Selective Laser Melting, SLM）、電子束選區熔化（Electron Beam Melting, EBM）、激光近凈成形技術（Laser Engineered Net Shaping, LENS）、電子束熔絲沉積成形（Electron Beam Freeform Fabrication, EBFF）和電弧增材制造（Wire and arc additive manufacturing, WAAM）。
表1：目前較成熟的典型金屬增材制造的技術原理和技術特點等的對比
同步絲材送進技術采用電子束或電弧（CMT、MIG、TIG等）等作為熱源，將金屬絲材加熱熔化，連續堆積形成沉積層，最終形成“近形”制件。沉積層厚度為毫米量級，具有成形效率高，制造成本低等優點，目前該技術主要用于制造大型零件毛坯，隨著技術的發展，通過增減材一體化復合，可能將為大型復雜構件的低成本制造提供一種替代方案。電子束選區熔化（EBM）的優點在于其能量密度高，熱影響區小，變形小，生產率高等，但須在真空環境中進行，需要一整套專用設備和真空系統，價格較貴，生產應用具有一定局限性，但是電子束能力密度高，掃描速度快，束斑直徑大，成形精度不及激光選區熔化技術，隨著電子腔技術的發展，EBM技術將會得到快速的發展。
展開 鎂合金3D打印：金屬構件輕量化發展的“未來之光”
參考閱讀
[1]趙致先,閆鵬飛,吳捷,孫紅偉,王靜雅,王鑫,應韜,曾小勤.增材制造鎂合金的研究進展[J/OL].中國有色金屬學報:1-27
[2]劉宏杰,劉文才,孫家偉,王茜瑤,鄺思羽,吳國華.鎂合金電弧增材制造研究現狀及展望[J/OL].材料工程:1-26
[3]李青壯,張漢錚,王爍,王鵬,馮夢楠.鎂合金增材制造技術研究進展[J/OL].材料工程:1-23
