《Additive Manufacturing》论文，铂力特助力天津大学电弧增材技术新研究

2022年，来自天津大学化工学院、中国核动力研究设计院和米兰理工大学机械工程系的课题组利用铂力特的WAAM设备W2520A，对比了WAAM技术和热轧技术制造的308 L样品，对WAAM技术制造的308L的疲劳寿命进行了研究，形成研究成果，并在Additive Manufacturing上发表了文章Low cycle fatigue behavior of wire arc additive manufactured andsolution annealed 308 L stainless steel.据悉，Additive Manufacturing期刊目前的影响因子超过10.



WAAM技术是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)、钨极惰性气体保护焊(TIG)以及等离子体焊接电源(PAW)等产生的电弧为热源，以金属丝材为原材料，在程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形金属零件的先进数字化制造技术。

与其它金属增材技术相比，WAAM技术成形效率高，可达几千克到几十千克每小时，丝材利用率最高可达90%以上。

WAAM技术对金属材质不敏感，可以成形对激光反射率高的材料，如铝合金、铜合金等；对设计响应快，特别适合小批量、梯度材料及多品种产品的定制化制造。该技术可用于解决大型及超大型零件锻造和铸造问题，也可用于大尺寸薄壁筋格结构打印。




在本论文中，课题组对固溶处理后的WAAM制造的308 L样品进行了微观结构表征、准静态拉伸试验和应变控制低周疲劳试验，与同样固溶处理条件的热轧制造的样品在准静态拉伸性能、循环变形行为、疲劳寿命和疲劳破坏机理进行了比较研究。



试验结果发现不同的加工技术对样品的微观结构有显著影响，这进一步影响了材料的低周疲劳性能。与热轧材料较小的等轴晶粒形态相比，WAAM材料的晶粒呈现具有织构的柱状晶形貌，并且晶粒尺寸更大。通过疲劳失效机理分析，WAAM材料具有更优异的抗疲劳裂纹扩展性能，但其抗裂纹起裂性能更差。因此，WAAM材料在相对较高的应变幅下表现出稍长的疲劳寿命，在低应变幅下具有较短的疲劳寿命。

同时，与热轧308 L相比，WAAM 308 L的杨氏模量降低了 15%，屈服应力增加 15%，极限拉伸强度降低 4%，总伸长率降低 17%。这些发现为WAAM制造的金属零件在各类工程中的应用至关重要。




据悉，铂力特在此次研究中为课题组提供了技术方面的支持，与课题组积极沟通，多次开展线上交流会议，细心解答课题组提出的问题。根据课题组要求，依托自身研究，开发特定的成形工艺参数，最终成功打印出研究所需的奥氏体不锈钢元件，确保试验的正常进行。

铂力特开展的WAAM 技术研究主要用于电弧增材和增材修复两方面。目前已完成国家工业强基项目1项，交付各类零件数百件，用于核电、航空航天、矿山机械、石油重工、高校、科研院所等相关领域。现有设备的最大成形零件尺寸可达到4m级，其成形效率为铝合金4kg/h，不锈钢等12kg/h；X射线及相关性能测试一次性通过客户验收。此外，设备进行扩展后实现了φ10m级环形件的试制，成形效果良好。




铂力特表示：“多年来，铂力特致力于与高校及科研院所合作进行试验研究，推动金属3D打印技术的发展以及其在工程领域内的应用。未来将继续重视与高校和科研院所用户精诚合作，支持高校和科研院所用户在WAAM技术层面不断深入研究，充分发挥WAAM的技术优势，在科研和工程应用领域提供更多具有参考价值的研究成果。”


来源：铂力特