電弧增材制造 (WAAM) 的優勢、劣勢以及主要制造商！
時間：2023-12-30 21:18 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
電弧增材制造 (WAAM) 是定向能量沉積 (DED) 3D 打印的一種。DED 技術是金屬3D打印技術，可以通過安裝在多軸臂上的噴嘴沉積粉末或線材形式的金屬材料，使用激光或電子束或等離子體聚焦能量源料。WAAM 受電弧焊接啟發，使用電弧作為熱源。
WAAM 技術基于使用機器人系統的各種自動化焊接技術的原理，使用金屬惰性氣體 (MIG) 或金屬活性氣體 (MAG)、鎢極惰性氣體 (TIG) 或等離子弧焊絲 (PAW)。多種金屬都與 WAAM 兼容，包括鈦、鋁、鎳和鋼合金等。
△Naval Group 的 3D 打印螺旋槳
WAAM 3D 打印的應用
與其他 DED 工藝一樣，WAAM 通常用于修復設備和制造不再制造的零件，以維護舊機器。該技術也可用于制造完整的零件。WAAM 特別用于航空、航天、汽車、能源和國防領域。它用于制造原型、模具、單個零件和小系列。盡管特別適合制造大型金屬零件，但其在大規模生產中的應用仍在審查中。
●在航空航天領域，Naval Group 使用 WAAM 技術為 Andromède 號掃雷船制造螺旋槳。
●在能源領域，Vallourec使用 WAAM 生產了第一個密封環，確保 EDF Hydro 水力發電裝置的安全，該密封環直徑一米，重 100 公斤。
●在機器人領域，MX3D 利用WAAM技術生產結構鋼連接器。
●MX3D 使用 WAAM 制造石油和天然氣行業的管道連接器，以及大型機器的齒輪和定制組件。
●MX3D 使用 WAAM 工藝在阿姆斯特丹建造了一座橋梁！
●Relativity Space使用這項技術來建造其Terran 1光發射器。
△來自日本領先建筑公司之一的連接器
WAAM 3D 打印具有許多優勢。首先，打印速度高，可以節省大量的生產時間。成本也低于使用粉末床熔融技術的機器，特別是選擇性激光熔化（SLM）。WAAM 技術還因其生產超大零件的能力而脫穎而出，有多種兼容金屬可供選擇。
技術的局限性
WAAM 流程也有其局限性，與粉末床融合技術相比，零件的細節和尺寸精度的再現效果較差。使用 WAAM 技術制造的零件可能存在內部孔隙等缺陷，這些缺陷會降低零件的機械性能，對于鋁制零件尤其如此。
殘余應力是 WAAM 技術可能出現的另一個異常現象，會可能導致零件尺寸或形狀變形，特別是通過卷曲、翹曲或分層。所有這些現象的特點是打印部件各層變形，無論是頂部、底部，還是分層情況下的所有層。這些變形是由極高的工作溫度和材料的技術性質引起的。當對零件施加力時，它們會導致零件支撐不良。
△Vallourec克在發電廠使用 WAAM 技術
為了限制這些缺陷的發生，有必要了解所有 WAAM 參數，以便盡可能準確地設置它們。這將確保一致的熔融金屬沉積以及恒定的熱量。放卷速度、進給速度、電流、電壓、層厚、保護氣體流量和珠間距都是確保工藝順利進行的重要因素。
然而，也有一些技術解決方案可以緩解這些異常情況。這些包括機械加工硬化或軋制。該方法包括在冷卻階段用滾筒對焊道施加壓力，這減少了孔隙率。為了減少殘余應力，可以對材料進行預熱。需要注意，某些材料和合金比其他材料和合金更容易破裂或分層，例如鋁銅合金、鋁鈦合金和鋁鐵合金。
與其他增材制造技術一樣，WAAM也需要大量的精加工后處理，后處理采用傳統的機械加工工藝進行。在一些 WAAM 應用中，可以在打印階段使用第二個機器人進行加工。
WAAM 3D 打印機制造商
使用 WAAM 技術的 3D 打印機制造商包括 Prodways（其 3D 打印機采用 WAAM-TIG 工藝）、Norsk Titanium 及其內部快速等離子沉積 (RPD™) 工藝、GEFERTEC、MX3D、WAAM3D 和 Lincoln Electric 等。
●AML3D
△AML3D的機械臂Arcemy WA(A)M 3D打印機
AML3D 是一家成立于 2014 年的澳大利亞 WAAM 3D 打印機制造商。該公司的 Arcemy 3D 打印機生產各種金屬和合金的大型工業產品，包括用于航空航天、國防和海洋工業的鈦、鋁、鎳、不銹鋼和碳鋼。Arcemy 的打印體積為 1,500 x 1,500 x 1,500 毫米。Arcemy 結合了焊接科學、機器人自動化、材料工程和專有軟件，通過逐層沉積熔融焊絲來生產零件。AML3D 將其 WAAM 技術稱為“WAM”，或者簡稱為“線弧制造”。與 WAAM 一樣，WAM 將電弧與焊絲相結合作為原料，生產中型至大型自由形狀零件或維修。
●WAAM3D
△WAAM3D 的 RoboWAAM 打印機
WAAM3D 成立于 2018 年，源自英國克蘭菲爾德大學的研究。WAAM3D 的 RoboWAAM 系統采用 Kuka 機器人運動系統、匹配材料和工藝要求的電源選擇、帶有傳感器套件的末端執行器以及專有軟件。RoboWAAM 的打印體積為 2,000 x 2,000 x 2,000 毫米。整個系統可以通過 WAAMCtrl 軟件包從操作員桌面進行控制，該軟件包補充了 WAAMPlanner 的路徑規劃和參數分配功能。RoboWAAM 還擁有各種屏蔽解決方案、具有過濾和再循環功能的自動煙霧管理系統、惰性氣氛自動凈化以及附加安全系統。
●Gefertec
△Gefertec Arc60x WAAM 金屬 3D 打印機
總部位于德國的 Gefertec 將弧焊技術和專門開發的帶有西門子控制的 CAM 軟件集成到一系列 3D 打印機中。該公司表示，任何使用機床的人都可以立即操作 Arc 機床系列。專為 WAAM 工藝設計的弧形機 Arc40X 和 Arc60X 有 3 軸和 5 軸版本，可打印重達 3,000 公斤、最大尺寸為 3,000 x 3,000 x 3,000 毫米的組件。目前大約有 30 種合金（鋁、鋼、鎳基、鈦）可供選擇，且工藝可靠。Arc WAAM 打印機具有通過集成傳感器進行溫度跟蹤、通過冷卻氣體進行局部冷卻的冷卻系統、自動焊槍清潔系統和獨立的鈦模塊。Gefertec 與西門子 NX CAM 軟件的集成合作伙伴關系可簡化制造和過程相關的質量監控。
●Norsk Titanium
△Norsk Titanium
總部位于挪威的 Norsk Titanium 將其 WAAM 工藝稱為快速等離子沉積 (RPD)，因為它使用等離子弧焊在惰性氬氣環境中形成鈦絲。Norsk 專注于鈦合金，主要用于航空航天和國防工業，其平臺的精度可縮短加工時間。該公司已交付經美國聯邦航空管理局 (FAA) 批準的鈦結構件，并表示與傳統制造方法相比，其購買飛行比提高了 50% 至 75%。
Norsk Titanium最新的 WAAM 打印機是 Merke IV。目前，該公司最先進的 Merke IV 機器的生產范圍為 900 x 600 x 300，新一代機器將具有更大的生產范圍。生產能力包括挪威的四臺機器和美國的九臺機器，以服務其當前的客戶群。
●MX3D
△MX3D最初使用非封閉式機械臂，但后來逐漸轉向惰性環境 3D 打印機
荷蘭公司 MX3D 提供 M1 WAAM 打印機。與在阿姆斯特丹打印金屬橋的系統不同，M1 是一個封閉式系統，配備 8 軸 ABB 機器人 WAAM 設置、Fronius GMAW/CMT 焊接機和 MX3D 控制系統軟件。M1 還具有可互換的工具附件，可將現有設備轉變為混合增減系統。MX3D 軟件 MetalXL 可管理刀具路徑生成并將設計轉換為機器指令和打印策略。機器人運動學控制將所有編程轉化為物理運動。
●Addilan
△Addilan
西班牙 WAAM 打印機初創公司 Addilan 于 2018 年推出了第一臺商用 WAAM 等離子技術機器，此后將其技術瞄準了航空航天、國防和海洋工業。目前，其網站上列出了兩款混合打印機：Addilan Arclan P1200-4X 和 Addilan Arclan 1000-5x。雖然最新添加的技術細節仍有待分享，但 Arclan P1200-4x 擁有自己的 CNC、閉環控制系統、惰性室以及高達 6 公斤/小時的沉積速率。打印機經可最大限度地提高鈦、超合金和鋁合金零件的 WAAM 性能，配備等離子炬和惰性室，該公司表示可提高金屬性能。
●RamLab
△RamLab為其機器提供監控系統
荷蘭的 RamLab 現已發展到提供打印服務和 MaxQ WAAM 監測和控制系統。MaxQ 由傳感器和軟件套件組成，可與您現有的松下焊接機器人集成，有效地將其轉變為 WAAM 機器。MaxQ 可實現 WAAM、機器人焊接和維修的生產、質量檢驗和認證流程自動化。如果您沒有自己的硬件，RamLab 與 Valk Welding 合作，為 MaxQ 提供標準化和定制設計的 Panasonic 焊接系統。
MaxQ 系統具有異常檢測和警報、焊接參數分析（包括電流、電壓、速度、送絲速度、氣體流量等）以及用于評估和認證的自動數據記錄和報告功能。在 RamLab，Autodesk 的軟件產品 PowerShape 和 PowerMill 用于創建 CAD 和 CAM 文件。PowerShape 用于（重新）設計 WAAM 組件，而 PowerMill 用于刀具路徑規劃和仿真。使用 PowerMill 制作的刀具路徑可以使用網絡瀏覽器直接上傳到 MaxQ 應用程序，然后開始生產。
WAAM 技術基于使用機器人系統的各種自動化焊接技術的原理，使用金屬惰性氣體 (MIG) 或金屬活性氣體 (MAG)、鎢極惰性氣體 (TIG) 或等離子弧焊絲 (PAW)。多種金屬都與 WAAM 兼容，包括鈦、鋁、鎳和鋼合金等。
△Naval Group 的 3D 打印螺旋槳
WAAM 3D 打印的應用
與其他 DED 工藝一樣，WAAM 通常用于修復設備和制造不再制造的零件，以維護舊機器。該技術也可用于制造完整的零件。WAAM 特別用于航空、航天、汽車、能源和國防領域。它用于制造原型、模具、單個零件和小系列。盡管特別適合制造大型金屬零件，但其在大規模生產中的應用仍在審查中。
●在航空航天領域，Naval Group 使用 WAAM 技術為 Andromède 號掃雷船制造螺旋槳。
●在能源領域，Vallourec使用 WAAM 生產了第一個密封環，確保 EDF Hydro 水力發電裝置的安全，該密封環直徑一米，重 100 公斤。
●在機器人領域，MX3D 利用WAAM技術生產結構鋼連接器。
●MX3D 使用 WAAM 制造石油和天然氣行業的管道連接器，以及大型機器的齒輪和定制組件。
●MX3D 使用 WAAM 工藝在阿姆斯特丹建造了一座橋梁！
●Relativity Space使用這項技術來建造其Terran 1光發射器。
△來自日本領先建筑公司之一的連接器
WAAM 3D 打印具有許多優勢。首先，打印速度高，可以節省大量的生產時間。成本也低于使用粉末床熔融技術的機器，特別是選擇性激光熔化（SLM）。WAAM 技術還因其生產超大零件的能力而脫穎而出，有多種兼容金屬可供選擇。
技術的局限性
WAAM 流程也有其局限性，與粉末床融合技術相比，零件的細節和尺寸精度的再現效果較差。使用 WAAM 技術制造的零件可能存在內部孔隙等缺陷，這些缺陷會降低零件的機械性能，對于鋁制零件尤其如此。
殘余應力是 WAAM 技術可能出現的另一個異常現象，會可能導致零件尺寸或形狀變形，特別是通過卷曲、翹曲或分層。所有這些現象的特點是打印部件各層變形，無論是頂部、底部，還是分層情況下的所有層。這些變形是由極高的工作溫度和材料的技術性質引起的。當對零件施加力時，它們會導致零件支撐不良。
△Vallourec克在發電廠使用 WAAM 技術
為了限制這些缺陷的發生，有必要了解所有 WAAM 參數，以便盡可能準確地設置它們。這將確保一致的熔融金屬沉積以及恒定的熱量。放卷速度、進給速度、電流、電壓、層厚、保護氣體流量和珠間距都是確保工藝順利進行的重要因素。
然而，也有一些技術解決方案可以緩解這些異常情況。這些包括機械加工硬化或軋制。該方法包括在冷卻階段用滾筒對焊道施加壓力，這減少了孔隙率。為了減少殘余應力，可以對材料進行預熱。需要注意，某些材料和合金比其他材料和合金更容易破裂或分層，例如鋁銅合金、鋁鈦合金和鋁鐵合金。
與其他增材制造技術一樣，WAAM也需要大量的精加工后處理，后處理采用傳統的機械加工工藝進行。在一些 WAAM 應用中，可以在打印階段使用第二個機器人進行加工。
WAAM 3D 打印機制造商
使用 WAAM 技術的 3D 打印機制造商包括 Prodways（其 3D 打印機采用 WAAM-TIG 工藝）、Norsk Titanium 及其內部快速等離子沉積 (RPD™) 工藝、GEFERTEC、MX3D、WAAM3D 和 Lincoln Electric 等。
●AML3D
△AML3D的機械臂Arcemy WA(A)M 3D打印機
AML3D 是一家成立于 2014 年的澳大利亞 WAAM 3D 打印機制造商。該公司的 Arcemy 3D 打印機生產各種金屬和合金的大型工業產品，包括用于航空航天、國防和海洋工業的鈦、鋁、鎳、不銹鋼和碳鋼。Arcemy 的打印體積為 1,500 x 1,500 x 1,500 毫米。Arcemy 結合了焊接科學、機器人自動化、材料工程和專有軟件，通過逐層沉積熔融焊絲來生產零件。AML3D 將其 WAAM 技術稱為“WAM”，或者簡稱為“線弧制造”。與 WAAM 一樣，WAM 將電弧與焊絲相結合作為原料，生產中型至大型自由形狀零件或維修。
●WAAM3D
△WAAM3D 的 RoboWAAM 打印機
WAAM3D 成立于 2018 年，源自英國克蘭菲爾德大學的研究。WAAM3D 的 RoboWAAM 系統采用 Kuka 機器人運動系統、匹配材料和工藝要求的電源選擇、帶有傳感器套件的末端執行器以及專有軟件。RoboWAAM 的打印體積為 2,000 x 2,000 x 2,000 毫米。整個系統可以通過 WAAMCtrl 軟件包從操作員桌面進行控制，該軟件包補充了 WAAMPlanner 的路徑規劃和參數分配功能。RoboWAAM 還擁有各種屏蔽解決方案、具有過濾和再循環功能的自動煙霧管理系統、惰性氣氛自動凈化以及附加安全系統。
●Gefertec
△Gefertec Arc60x WAAM 金屬 3D 打印機
總部位于德國的 Gefertec 將弧焊技術和專門開發的帶有西門子控制的 CAM 軟件集成到一系列 3D 打印機中。該公司表示，任何使用機床的人都可以立即操作 Arc 機床系列。專為 WAAM 工藝設計的弧形機 Arc40X 和 Arc60X 有 3 軸和 5 軸版本，可打印重達 3,000 公斤、最大尺寸為 3,000 x 3,000 x 3,000 毫米的組件。目前大約有 30 種合金（鋁、鋼、鎳基、鈦）可供選擇，且工藝可靠。Arc WAAM 打印機具有通過集成傳感器進行溫度跟蹤、通過冷卻氣體進行局部冷卻的冷卻系統、自動焊槍清潔系統和獨立的鈦模塊。Gefertec 與西門子 NX CAM 軟件的集成合作伙伴關系可簡化制造和過程相關的質量監控。
●Norsk Titanium
△Norsk Titanium
總部位于挪威的 Norsk Titanium 將其 WAAM 工藝稱為快速等離子沉積 (RPD)，因為它使用等離子弧焊在惰性氬氣環境中形成鈦絲。Norsk 專注于鈦合金，主要用于航空航天和國防工業，其平臺的精度可縮短加工時間。該公司已交付經美國聯邦航空管理局 (FAA) 批準的鈦結構件，并表示與傳統制造方法相比，其購買飛行比提高了 50% 至 75%。
Norsk Titanium最新的 WAAM 打印機是 Merke IV。目前，該公司最先進的 Merke IV 機器的生產范圍為 900 x 600 x 300，新一代機器將具有更大的生產范圍。生產能力包括挪威的四臺機器和美國的九臺機器，以服務其當前的客戶群。
●MX3D
△MX3D最初使用非封閉式機械臂，但后來逐漸轉向惰性環境 3D 打印機
荷蘭公司 MX3D 提供 M1 WAAM 打印機。與在阿姆斯特丹打印金屬橋的系統不同，M1 是一個封閉式系統，配備 8 軸 ABB 機器人 WAAM 設置、Fronius GMAW/CMT 焊接機和 MX3D 控制系統軟件。M1 還具有可互換的工具附件，可將現有設備轉變為混合增減系統。MX3D 軟件 MetalXL 可管理刀具路徑生成并將設計轉換為機器指令和打印策略。機器人運動學控制將所有編程轉化為物理運動。
●Addilan
△Addilan
西班牙 WAAM 打印機初創公司 Addilan 于 2018 年推出了第一臺商用 WAAM 等離子技術機器，此后將其技術瞄準了航空航天、國防和海洋工業。目前，其網站上列出了兩款混合打印機：Addilan Arclan P1200-4X 和 Addilan Arclan 1000-5x。雖然最新添加的技術細節仍有待分享，但 Arclan P1200-4x 擁有自己的 CNC、閉環控制系統、惰性室以及高達 6 公斤/小時的沉積速率。打印機經可最大限度地提高鈦、超合金和鋁合金零件的 WAAM 性能，配備等離子炬和惰性室，該公司表示可提高金屬性能。
●RamLab
△RamLab為其機器提供監控系統
荷蘭的 RamLab 現已發展到提供打印服務和 MaxQ WAAM 監測和控制系統。MaxQ 由傳感器和軟件套件組成，可與您現有的松下焊接機器人集成，有效地將其轉變為 WAAM 機器。MaxQ 可實現 WAAM、機器人焊接和維修的生產、質量檢驗和認證流程自動化。如果您沒有自己的硬件，RamLab 與 Valk Welding 合作，為 MaxQ 提供標準化和定制設計的 Panasonic 焊接系統。
MaxQ 系統具有異常檢測和警報、焊接參數分析（包括電流、電壓、速度、送絲速度、氣體流量等）以及用于評估和認證的自動數據記錄和報告功能。在 RamLab，Autodesk 的軟件產品 PowerShape 和 PowerMill 用于創建 CAD 和 CAM 文件。PowerShape 用于（重新）設計 WAAM 組件，而 PowerMill 用于刀具路徑規劃和仿真。使用 PowerMill 制作的刀具路徑可以使用網絡瀏覽器直接上傳到 MaxQ 應用程序，然后開始生產。
(責任編輯：admin)
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