电弧丝材增材制造（WAAM）
焊接机器人把电弧熔化的焊丝堆叠成焊道（定向能量沉积）
电弧丝材增材制造（WAAM）是用焊接机器人做的 3D 打印。电弧熔化普通焊丝，机器人一道接一道地堆叠焊道，做出可长达数米的零件。这是打印大型金属零件最便宜、最快的方法，从船用螺旋桨到人行桥都能做。
工作原理
送丝。 送丝机从线盘上拉出通常约 1–1.6 mm 粗的焊丝，并推送穿过焊枪。
引燃电弧。 电弧（一种持续的火花，温度达几千度）从焊丝尖端跳到零件上。它熔化焊丝，液滴落入壁体顶部的熔池。
保护熔池。 从喷嘴流出的气体，通常是氩气或氩混合气，把空气隔开。没有它，热金属会氧化（与氧气反应），变得脆弱多孔。
堆叠焊道。 机器人拖着焊枪沿壁体移动，熔池在其身后凝固成一道焊道。每层之后，焊枪上升约 1–2 mm，再铺下一层。
冷却，然后加工。 每一层都必须先稍微冷却再铺下一层，否则壁体会塌陷。最后，铣床把起伏的侧面切平到最终尺寸。
关键数据
- 材料
- 几乎任何可焊接的焊丝：碳钢和不锈钢、铝、钛、镍合金和青铜
- 典型零件
- 大型近净成形零件（接近最终形状，仍需加工）：螺旋桨、管件、法兰、航空航天框架、建筑结构
- 零件尺寸
- 从约 0.2 m 到数米，受机器人臂展、导轨或龙门架限制
- 精度
- 成形态约 ±0.5–1 mm；加工后可达约 ±0.05 mm
- 表面质量
- 成形态粗糙起伏，有摸得到的波纹；加工面光滑
- 适合的批量
- 大型零件的单件和小批量
- 模具与设备成本
- 无需模具。由标准焊接机器人和电源搭建：通常几十万美元，远低于激光系统。焊丝成本远低于金属粉末
- 速度
- 通常每小时 1–4 kg 金属，约为粉末床熔融的十倍
优点与局限
优点
- 大型零件的成形速率非常高
- 设备成本低，焊丝便宜
- 几乎没有尺寸限制：机器人可以架在导轨上
- 与从实心块上加工相比，浪费的金属很少
局限
- 表面粗糙起伏：总是需要加工
- 细节粗糙：做不了小孔、薄壁或精细特征
- 热量积累产生应力和变形，零件可能翘曲
- 等待每层冷却会拖慢成形
应用领域
- 海事船用螺旋桨和青铜螺旋桨叶片
- 航空航天作为毛坯打印的大型钛和铝零件，随后再加工
- 石油、天然气与能源管件、法兰和阀体，常作为快速备件
- 建筑与结构钢节点和结构，如阿姆斯特丹的一座打印人行桥
- 航天火箭推力室和大型结构件
如何识别
- 壁体由清晰可见的叠起的焊道构成，像一圈圈绳子。
- 钢和钛合金表面常有彩虹般的热变色（草黄、蓝和紫色）。
- 仍连着厚厚的底板，或留有切下时的锯痕。
- 加工出的平面紧挨着粗糙起伏的表面。
对比
观看
theworacle · 钛合金 WAAM 的实验室演示，包括层间对壁体进行滚压
MX3D · 机器人一道焊道接一道焊道地打印火箭推力室
MX3D · 一个近距离观察的大型打印叶轮
MX3D · 被吊装到运河上就位的打印不锈钢桥
查看实拍照片
- 维基百科：定向能量沉积 — WAAM 所属的工艺家族；以文字为主，照片很少
- 维基共享资源图片搜索
- 维基共享资源搜索：MX3D bridge — 打印钢桥的照片
记住
- WAAM 是用机器人电弧焊把焊道堆叠成零件。
- 它是做大型金属零件最快最便宜的途径，但做出来比较粗糙。
- 要预期打印后每个功能表面都需要加工。
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