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          等離子弧增材制造

          等離子弧增材制造



          等離子弧增材制造(PAW,Plasma Arc Weld)由等離子弧作為熱源,掃描經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,實現零件的成型。


          等離子弧有兩種類型,轉移型等離子弧和非轉移型等離子弧。非轉移型等離子弧電流通過噴嘴流到噴嘴內部的鎢極,然后再回到電源。轉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,即包含轉移型等離子弧和非轉移型等離子弧。


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          等離子弧增材制造工作原理



          等離子弧增材成形技術優勢




          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異。


          等離子弧增材制造成型可實現各種大尺寸金屬構件的增材制造以及各種金屬構件的修復再制造。相比傳統鍛件機加工更節約材料,具有低成本、高效率的優勢。


          相比于激光增材制造的優勢


          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勢


          等離子弧是常規電弧的弧柱經由外部拘束的劇烈擠壓而成的電弧。MIG焊和TIG焊等常規焊接方法的電弧,只被其本身磁場約束和環境條件的冷卻約束,電弧形態相對比較擴展。等離子弧是把電弧正極或者負極內縮進焊槍噴嘴,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定等缺點。而等離子弧的熱量集中,挺度好,電弧穩定,成型體性能優良且穩定。


          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,對于工藝調整更加方便。


          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。


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          等離子弧增材制造成型試塊


          設備優勢




          等離子弧增材設備采用側向送絲工藝,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,工藝參數可選擇性更多。


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


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          等離子弧增材制造設備



          西安鑫精合自主研發的TSC-P-WAAM等離子弧增材設備主要由龍門三軸運動機構(X、Y、Z軸)、數控控制系統、焊接電源、等離子弧焊槍、萬向旋轉送絲裝置(A軸)、弧長跟蹤系統、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。西安鑫精合實現了在前側向送絲,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。


          為了實現等離子弧增材制造智能化,西安鑫精合聯合總公司軟件部自主開發了AMSlicerPro等離子弧打印剖分軟件,實現四軸程序自動剖分,打印過程中可以始終保持在前側向送絲。該軟件支持成形工藝參數自定義,分區、層厚、路徑軌跡、送絲速度、焊接速度、焊接電流等參數均可自主設定。


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          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,已經投入生產。

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          設備參數表





          高义白洁全文180章