《Additive Manufacturing》論文，鉑力特助力天津大學電弧增材技術新研究

2022年，來自天津大學化工學院、中國核動力研究設計院和米蘭理工大學機械工程系的課題組利用鉑力特的WAAM設備W2520A，對比了WAAM技術和熱軋技術制造的308 L樣品，對WAAM技術制造的308L的疲勞壽命進行了研究，形成研究成果，并在Additive Manufacturing上發(fā)表了文章Low cycle fatigue behavior of wire arc additive manufactured andsolution annealed 308 L stainless steel.據(jù)悉，Additive Manufacturing期刊目前的影響因子超過10.



WAAM技術是一種利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護焊(MIG)、鎢極惰性氣體保護焊(TIG)以及等離子體焊接電源(PAW)等產(chǎn)生的電弧為熱源，以金屬絲材為原材料，在程序的控制下，根據(jù)三維數(shù)字模型由線-面-體逐漸成形金屬零件的先進數(shù)字化制造技術。

與其它金屬增材技術相比，WAAM技術成形效率高，可達幾千克到幾十千克每小時，絲材利用率最高可達90%以上。

WAAM技術對金屬材質(zhì)不敏感，可以成形對激光反射率高的材料，如鋁合金、銅合金等；對設計響應快，特別適合小批量、梯度材料及多品種產(chǎn)品的定制化制造。該技術可用于解決大型及超大型零件鍛造和鑄造問題，也可用于大尺寸薄壁筋格結構打印。




在本論文中，課題組對固溶處理后的WAAM制造的308 L樣品進行了微觀結構表征、準靜態(tài)拉伸試驗和應變控制低周疲勞試驗，與同樣固溶處理條件的熱軋制造的樣品在準靜態(tài)拉伸性能、循環(huán)變形行為、疲勞壽命和疲勞破壞機理進行了比較研究。



試驗結果發(fā)現(xiàn)不同的加工技術對樣品的微觀結構有顯著影響，這進一步影響了材料的低周疲勞性能。與熱軋材料較小的等軸晶粒形態(tài)相比，WAAM材料的晶粒呈現(xiàn)具有織構的柱狀晶形貌，并且晶粒尺寸更大。通過疲勞失效機理分析，WAAM材料具有更優(yōu)異的抗疲勞裂紋擴展性能，但其抗裂紋起裂性能更差。因此，WAAM材料在相對較高的應變幅下表現(xiàn)出稍長的疲勞壽命，在低應變幅下具有較短的疲勞壽命。

同時，與熱軋308 L相比，WAAM 308 L的楊氏模量降低了 15%，屈服應力增加 15%，極限拉伸強度降低 4%，總伸長率降低 17%。這些發(fā)現(xiàn)為WAAM制造的金屬零件在各類工程中的應用至關重要。




據(jù)悉，鉑力特在此次研究中為課題組提供了技術方面的支持，與課題組積極溝通，多次開展線上交流會議，細心解答課題組提出的問題。根據(jù)課題組要求，依托自身研究，開發(fā)特定的成形工藝參數(shù)，最終成功打印出研究所需的奧氏體不銹鋼元件，確保試驗的正常進行。

鉑力特開展的WAAM 技術研究主要用于電弧增材和增材修復兩方面。目前已完成國家工業(yè)強基項目1項，交付各類零件數(shù)百件，用于核電、航空航天、礦山機械、石油重工、高校、科研院所等相關領域?，F(xiàn)有設備的最大成形零件尺寸可達到4m級，其成形效率為鋁合金4kg/h，不銹鋼等12kg/h；X射線及相關性能測試一次性通過客戶驗收。此外，設備進行擴展后實現(xiàn)了φ10m級環(huán)形件的試制，成形效果良好。




鉑力特表示：“多年來，鉑力特致力于與高校及科研院所合作進行試驗研究，推動金屬3D打印技術的發(fā)展以及其在工程領域內(nèi)的應用。未來將繼續(xù)重視與高校和科研院所用戶精誠合作，支持高校和科研院所用戶在WAAM技術層面不斷深入研究，充分發(fā)揮WAAM的技術優(yōu)勢，在科研和工程應用領域提供更多具有參考價值的研究成果?！?br />

來源：鉑力特