二种不锈钢交织TIG电弧3D打印工艺研究文献综述

 2022-11-08 03:11

1 研究背景和意义

增材制造技术( Additive Manufacturing,AM) 是集计算机学、光学、材料学以及其他学科于一体并且将零件的三维CAD 模型通过制造设备堆积成具有一定结构和功能的零件或原型的一种先进制造技术[1],也被称作快速原型技术( Rapid prototying) 、3D 打印技术( 3D printing) 等。

与传统制造相比,增材制造技术具有几个优点:①成形过程不需要原胚和模具。因为AM是依据三维CAD 数据直接成形的过程,生产过程无需模具。②生产周期短,产品转化速度快。因为AM实现了从数据模型到产品的直接联系,省去了很多中间制造环节,从而缩短了产品生产周期[2]。③节约材料和生产成本。与减材制造相比,3D打印所用的原料只有原来的1/3 到1/2[3],AM的材料利用率接近100%。④适合于研制生产复杂机构件。由于增材制造技术的自身特点,理论上可以成形任何形状的结构,而且工件结构越复杂,其制造优势越明显[4]。当前增材制造技术已经在航空航天、建筑、生物医疗、机械制造等领域取得了快速的发展。

各个国家都十分重视增材制造技术,2013年7月美国总体奥巴马发表演讲,要重振美国制造业,而增材制技术是其中一项重要内容;英国《经济学人》杂志更是将其评价为第三次工业革命的重要标志[4];2013年4月德国提出工业4.0战略,通过3D打印技术实现智能生产,是“工业4.0”的三大主题之一。2015 年5月中国提出了实施“中国制造2025”,这是国内未来10年制造业的总体规划,规划中将智能制造作为主攻方向,推进制造过程的智能化。在重点领域试点建设智能工厂,加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用。

根据使用的原材料,主要有金属和非金属两大类,采用粉末、丝材、薄膜、和液态树脂等形式;“添加材料”的方法主要有粘结、烧结、光固化和以熔化堆积。

增材制造技术按照沉积所用材料不同主要分为送粉式增材制造以及送丝式增材制造两种方法。送粉式增材制造主要优点:生产效率高,尺寸精度良好,所得沉积试件致密、均匀,以及较低的可能性形成泪珠形表面特征。缺点主要有:金属粉末的利用率极低(20%—30%),同时粉末由于难以控制还会造成对环境的污染。送丝增材制造的优点是材料运用率高,不会产生粉末污染,成本低。

目前,丝基增材制造方法应用较多的还是TIG熔丝式增材制造方法,该方法的零件成形精度较高,但是受限于钨极的承载能力,不能够采用较大电流成形,从而使成形效率较低。而电子束送丝成形方法虽然成形质量较高,但是因为需要真空环境,对于设备和工艺条件的要求比较严格,而激光填丝增材制造方法,由于激光的高能量密度,具有较小的热影响区,并且过程的可控性较强,成形的精度也比较高。

TIG增材制造技术(以TIG电弧作为热源)是一种先进的零件直接成型技术。该成形方法的技术基础即为冷填丝钨极氨弧多层多道焊,由稳定的钨极氩弧提供电弧熔化热配合独立于焊接设备的同步不断送进的焊接材料,形成具有一定几何尺寸的致密的单层焊缝,层层堆叠,形成一定几何形状的构件。

2 国内外研究现状

2.1 TIG电弧增材制造的发展

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