增材制造（Additive Manufacturing,AM）技術(shù)是基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的快速成形技術(shù)。該成形方法最大優(yōu)勢(shì)是無需傳統(tǒng)的刀具即可成形、降低工序、縮短產(chǎn)品制造周期，尤其適于低成本小批量產(chǎn)品制造，而且越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原材料附加值高的產(chǎn)品，其快速高效成形的優(yōu)勢(shì)越顯著，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、能源化工、微納制造等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
面對(duì)新型飛行器低成本、高可靠性的要求，其零部件逐漸向大型化、整體化發(fā)展。增材制造技術(shù)無需模具，可直接低成本一體化制造復(fù)雜構(gòu)件，并有望基于增材制造技術(shù)在構(gòu)型能力上的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)飛行器零部件結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)效率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化、高性能化。由于簡化或省略了傳統(tǒng)制造中的工藝準(zhǔn)備、模具設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造、分析高度一體化，能夠顯著縮短研發(fā)周期和研發(fā)成本。
金屬增材制造技術(shù)按熱源類型可分為3類：激光、電子束和電弧。過去20年主要研究以激光、電子束為熱源的粉基金屬增材制造技術(shù)，通過不斷熔化或燒結(jié)金屬粉來連續(xù)逐層制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件，現(xiàn)已應(yīng)用于航空航天、國防軍工、能源動(dòng)力等高精尖技術(shù)領(lǐng)域部分關(guān)鍵零部件，但由于其原材料、熱源特點(diǎn)，金屬粉基激光、電子束增材制造技術(shù)在成形某些特定結(jié)構(gòu)或特定成分構(gòu)件時(shí)受到一定限制而無法實(shí)現(xiàn)或即使可以成形，其原材料、時(shí)間成本很高，具有諸多不足之處：（1）對(duì)于激光熱源，其成形速率慢、鋁合金對(duì)激光的吸收率低等；（2）對(duì)于電子束熱源，真空爐體尺寸對(duì)構(gòu)件體積的限制；（3）粉基金屬原材料制備成本較高、易受污染、利用率低等均增加了原料成本。
基于上述原因，現(xiàn)有的技術(shù)成形大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)件時(shí)表現(xiàn)出一定的局限性，為了應(yīng)對(duì)大型化、整體化航天結(jié)構(gòu)件的增材制造需求，基于堆焊技術(shù)發(fā)展起來的低成本、高效率電弧增材制造技術(shù)受到部分學(xué)者關(guān)注。電弧增材制造技術(shù)（Wireand Arc Additive Manufacture,WAAM）以電弧為載能束，采用逐層堆焊的方式制造金屬實(shí)體構(gòu)件，該技術(shù)主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技術(shù)發(fā)展而來，成形零件由全焊縫構(gòu)成，化學(xué)成分均勻、致密度高，開放的成形環(huán)境對(duì)成形件尺寸無限制，成形速率可達(dá)幾kg/h，但電弧增材制造的零件表面波動(dòng)較大，成形件表面質(zhì)量較低，一般需要二次表面機(jī)加工，相比激光、電子束增材制造，電弧增材制造技術(shù)的主要應(yīng)用目標(biāo)是大尺寸復(fù)雜構(gòu)件的低成本、高效快速近凈成形。
本文主要介紹電弧增材制造技術(shù)現(xiàn)狀，分析現(xiàn)階段該技術(shù)研究的不足之處，探討其可能的發(fā)展方向，闡述該技術(shù)在大型化、整體化高端航空零部件制造中的應(yīng)用。
WAAM技術(shù)現(xiàn)狀
1WAAM裝備系統(tǒng)：1.1基本硬件構(gòu)成及特征
電弧增材制造是數(shù)字化連續(xù)堆焊成形過程，其基本成形硬件系統(tǒng)應(yīng)包括成形熱源、送絲系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電弧增材制造三維實(shí)體零件依賴于逐點(diǎn)控制的熔池在線、面、體的重復(fù)再現(xiàn)，若從載能束的特征考慮，其電弧越穩(wěn)定越有利于成形過程控制，即成形形貌的連續(xù)一致性。因此，電弧穩(wěn)定、無飛濺的非熔化極氣體保護(hù)焊（TIG）和基于熔化極惰性/活性氣體保護(hù)焊（MIG/MAG）開發(fā)出冷金屬過渡（Cold metal Transfer,CMT）技術(shù)成為目前主要使用的熱源提供方式。
