深度：詳解等離子弧增材制造技術(shù)

來源： 西安鑫精合

等離子弧增材制造（PAW，Plasma Arc Weld）由等離子弧作為熱源，掃描經(jīng)由零件分層得到的成型路徑，在金屬基板上形成一個移動的熔池，將外部填充的金屬絲材熔化而成的金屬熔滴，不斷的送入熔池，通過在成型路徑上逐層累積金屬材料，實現(xiàn)零件的成型。

等離子弧有兩種類型，轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧。非轉(zhuǎn)移型等離子弧電流通過噴嘴流到噴嘴內(nèi)部的鎢極，然后再回到電源。轉(zhuǎn)移型等離子弧的電流從工件穿過噴嘴上的小孔進入鎢極，然后再回到電源。等離子弧增材制造設備使用的是混合型，即包含轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧。

等離子弧增材制造工作原理

等離子弧增材成形技術(shù)優(yōu)勢
等離子弧增材制造成形的零件由全焊縫金屬組成，成分均勻、致密性高，相比鑄造工藝制造的零件顯微組織和力學性能優(yōu)異。

等離子弧增材制造成型可實現(xiàn)各種大尺寸金屬構(gòu)件的增材制造以及各種金屬構(gòu)件的修復再制造。相比傳統(tǒng)鍛件機加工更節(jié)約材料，具有低成本、高效率的優(yōu)勢。


相比于激光增材制造的優(yōu)勢
等離子弧增材制造采用絲材作為打印原材料。相對于激光粉末增材，材料利用率更高、成型效率更高。而且絲材制造的成本比粉末的制造成本要小很多。從兩種工藝的熱源進行對比，等離子弧電源的價格低，維修維護成本低，而激光器的價格及維護成本都很高，對工作環(huán)境要求更為嚴格。

等離子弧增材的材料選擇比激光增材范圍更廣，等離子弧對金屬材質(zhì)不敏感，可以打印對激光反射率高的材料，例如鋁合金、銅合金。


相比于其他電弧增材制造的優(yōu)勢
等離子弧是常規(guī)電弧的弧柱經(jīng)由外部拘束的劇烈擠壓而成的電弧。MIG焊和TIG焊等常規(guī)焊接方法的電弧，只被其本身磁場約束和環(huán)境條件的冷卻約束，電弧形態(tài)相對比較擴展。等離子弧是把電弧正極或者負極內(nèi)縮進焊槍噴嘴，電弧通過焊槍噴嘴時，其弧柱在噴嘴的約束下不會自由擴展，在弧柱直徑方向上被劇烈的擠壓得到。熔化極氣體保護焊和鎢極惰性氣體保護焊電弧弧柱發(fā)散性高、熱量不集中以及電弧挺度差，導致的成型差及性能不穩(wěn)定等缺點。而等離子弧的熱量集中，挺度好，電弧穩(wěn)定，成型體性能優(yōu)良且穩(wěn)定。

與熔化極氣體保護焊增材相比，等離子弧增材過程中飛濺更小，可獨立控制熱源和送絲系統(tǒng)，對于工藝調(diào)整更加方便。

等離子弧增材可用的材料種類多，包括鈦合金，不銹鋼，鋁，高溫合金等。

等離子弧增材制造成型試塊

設備優(yōu)勢
等離子弧增材設備采用側(cè)向送絲工藝，其成型過程中焊接電流、送絲速度可單獨控制，在成型不同材料時，工藝參數(shù)可選擇性更多。

等離子弧增材設備尺寸支持定制，可實現(xiàn)各種大尺寸金屬構(gòu)件的增材制造以及各種金屬構(gòu)件的修復再制造。具有設備成本低、容易改裝、沉積速率高、節(jié)約原材料、不受尺寸限制和易于實時修復等諸多優(yōu)點。

等離子弧增材制造設備

西安鑫精合自主研發(fā)的TSC-P-WAAM等離子弧增材設備主要由龍門三軸運動機構(gòu)（X、Y、Z軸）、數(shù)控控制系統(tǒng)、焊接電源、等離子弧焊槍、萬向旋轉(zhuǎn)送絲裝置（A軸）、弧長跟蹤系統(tǒng)、變位機（B、C軸）和密封艙組成。

等離子弧增材采用的是弧外側(cè)向送絲，目前市面上等離子弧增材設備的送絲夾具固定在焊槍上，無法跟隨焊槍移動方向的改變而改變送絲方向。西安鑫精合實現(xiàn)了在前側(cè)向送絲，解決了送絲方向與成型方向不同而導致的成型缺陷，保證了各方向打印同性。

為了實現(xiàn)等離子弧增材制造智能化，西安鑫精合聯(lián)合總公司軟件部自主開發(fā)了AMSlicerPro等離子弧打印剖分軟件，實現(xiàn)四軸程序自動剖分，打印過程中可以始終保持在前側(cè)向送絲。該軟件支持成形工藝參數(shù)自定義，分區(qū)、層厚、路徑軌跡、送絲速度、焊接速度、焊接電流等參數(shù)均可自主設定。

AMSlicer++軟件界面

TSC-WP設備支持多種材料打印，目前西安鑫精合使用等離子弧增材設備可打印鈦合金、不銹鋼、高溫合金等，工藝成熟，已經(jīng)投入生產(chǎn)。

設備參數(shù)表

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