Урок 8.8Придать формуГлава 8 · Аддитивное производство

Проволочное дуговое аддитивное производство (WAAM)

Сварочный робот укладывает расплавленную дугой проволоку валиками (прямое энергетическое осаждение)

Проволочное дуговое аддитивное производство (WAAM) — это 3D-печать сварочным роботом. Электрическая дуга плавит обычную сварочную проволоку, а робот укладывает валик за валиком в деталь, которая может быть длиной в несколько метров. Это самый дешёвый и быстрый способ печатать крупные металлические детали, от судовых винтов до пешеходного моста.

Роботизированная ячейка WAAM · крупный план дуги и разрез стенки, 5 шаговВверху слева: роботизированная ячейка. Вверху справа: крупный план кончика горелки. Внизу: разрез стенки до и после механической обработки. Цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Подайте проволоку. Подающий механизм тянет сварочную проволоку, обычно толщиной около 1–1,6 мм, с катушки и проталкивает её через горелку.
Зажечь дугу. Электрическая дуга (непрерывная искра температурой в тысячи градусов) перескакивает с конца проволоки на деталь. Она плавит проволоку, и капли падают в расплавленную ванну на верху стенки.
Защитить ванну. Газ, выходящий из сопла, обычно аргон или смесь на его основе, не пускает воздух. Без него горячий металл окислялся бы (реагировал с кислородом) и становился слабым и пористым.
Уложите валики. Робот ведёт горелку вдоль стенки, и ванна за ней застывает валиком. После каждого слоя горелка поднимается примерно на 1–2 мм и укладывает следующий.
Остудите, затем обработайте. Каждый слой должен немного остыть перед следующим, иначе стенка просядет. В конце фрезерный станок срезает волнистые стороны в плоскость до окончательного размера.

Ключевые факты

Материалы: Почти любая свариваемая проволока: углеродистые и нержавеющие стали, алюминий, титан, никелевые сплавы и бронза
Типичные детали: Крупные детали, близкие к окончательной форме (почти готовые, но требующие обработки): винты, трубные фитинги, фланцы, авиационные рамы, архитектурные конструкции
Размер детали: От около 0,2 м до нескольких метров, ограничено вылетом робота, его рельсами или порталом
Точность: Около ±0,5–1 мм после построения; обработка доводит до около ±0,05 мм
Качество поверхности: Шероховатая и волнистая после построения, рябь ощущается на ощупь; обработанные грани гладкие
Подходящая партия: Единичные изделия и малые партии крупных деталей
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка не нужна. Собирается из стандартных сварочных роботов и источников питания: обычно несколько сотен тысяч долларов, гораздо меньше, чем лазерные системы. Проволока стоит гораздо дешевле металлического порошка
Скорость: Обычно 1–4 кг металла в час, примерно в десять раз быстрее сплавления в порошковом слое

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Очень высокая скорость построения для больших деталей
Недорогое оборудование и дешёвая проволока
Почти нет ограничений по размеру: робот может ездить по рельсам
Мало отходов металла по сравнению с обработкой из сплошного блока

Ограничения

Шероховатые волнистые поверхности: обработка нужна всегда
Грубая детализация: нет мелких отверстий, тонких стенок и тонких элементов
Нагрев создаёт напряжения и деформации, поэтому детали могут коробиться
Ожидание остывания каждого слоя замедляет построение

Где применяется

СудостроениеСудовые винты и лопасти винтов из бронзы
АвиацияКрупные титановые и алюминиевые детали, напечатанные как заготовки, затем обработанные
Нефть, газ и энергетикаТрубные фитинги, фланцы и корпуса клапанов, часто как быстрые запасные части
Строительство и архитектураСтальные узлы и конструкции, например напечатанный пешеходный мост в Амстердаме
КосмосРакетные двигатели и крупные несущие детали

Как узнать процесс

Стенки из видимых уложенных сварных валиков, как свёрнутая верёвка.
Часто радужные цвета побежалости (соломенный, синий и фиолетовый) на стальных и титановых поверхностях.
Толстая базовая плита всё ещё на месте или следы пилы там, где её отрезали.
Обработанные плоские грани рядом с шероховатыми, волнистыми.

Сравните с

Прямое осаждение под действием энергии (DED)8.7та же идея «наплавки на месте», но лазером и порошком: тоньше и точнее, но медленнее и дороже.Дуговая сварка7.1WAAM использует те же горелки и проволоку; он укладывает валики в форму, а не соединяет две детали.Литьё в песчаные формы1.1тоже делает крупные металлические детали, но нужны модель и форма; WAAM не нужно ни то, ни другое, поэтому он подходит для единичных изделий.

Смотрите

theworacle · Лабораторная демонстрация WAAM для титана, включая прокатку стенки между слоями

MX3D · Робот печатает ракетный двигатель валик за валиком

MX3D · Большая напечатанная крыльчатка вблизи

MX3D · Напечатанный мост из нержавеющей стали, поднятый на место над каналом

Смотреть реальные фото

Википедия: прямое осаждение под действием энергии — семейство процессов, к которому относится WAAM; текст с малым числом фотографий
Поиск фотографий в Wikimedia Commons
Поиск в Wikimedia Commons: мост MX3D — фотографии напечатанного стального моста

Запомните

WAAM — это роботизированная дуговая сварка, используемая для укладки валиков в деталь.
Это самый быстрый и дешёвый путь к крупным металлическим деталям, но они получаются шероховатыми.
Ожидайте, что после печати придётся обрабатывать все функциональные поверхности.