电弧增材制造

wireandarcadditivemanufacturing，WAAM

全称：丝材电弧增材制造

定义：以电弧为热源，将金属丝材逐层堆焊来制造实体零件的一种增材制造方法。

学科：机械工程_机械制造工艺与设备_近净成形与快速制造

相关名词：增材制造设备三维打印快速原型制造

图片来源：视觉中国

年美国科学家用分层制造法制造地形图，开启了增材制造技术发展的序幕。经过百余年的发展，增材制造技术从最初的粘接技术，逐渐发展到以光能为热源的固态材料熔化成形技术，再发展到以焊接技术（如电子束焊、激光焊、电弧焊等焊接方法）为基础的快速成形技术。增材制造技术现在已经可以完成多种材料的快速成形。根据所使用的热源不同，它可以分为电弧增材制造、激光增材制造、电子束增材制造等。

电弧增材制造是将焊接方法与计算机三维设计相结合，以电弧热为热源，以丝材为填充材料，通过计算机控制焊接设备，将材料逐层堆焊形成所需的金属零件。电弧增材制造技术主要基于钨极惰性气体保护焊接（TIG）、熔化极惰性气体保护焊接（MIG）、熔化极活性气体保护焊（MAG）等，用这种技术制造的零件组织致密、化学成分均匀，具有良好的综合组织及力学性能。

在过去近30年中，增材制造技术研究主要围绕以激光、电子束等为热源的粉基增材制造进行，通过不断熔化金属粉末来逐层累积复杂结构零件，目前已经成功应用于国防军工、航空航天等领域。但是这种制造方式也存在一些缺陷，例如铜合金、铝合金等反光率强，对激光的吸收率低，不适用于以激光为热源的增材制造；电子束增材制造必须在真空条件下进行，真空室的大小限制了成形零件的体积；粉末材料的制造成本较高，同时粉末的比表面积大，容易被空气氧化，而且成形过程中粉末利用率较低，零件制造速率较低。

电弧增材制造以电弧为载能束，热输入高，因此制造成形效率高，其成形速度可达每小时几千克到几十千克，适用于制造和修复尺寸较大及结构复杂的构件。用于电弧增材制造的设备成本较低，效率较高，但其成形的零件表面精度不高，零件成形后一般需要经过车、铣等机械加工才能使用。

国外的增材制造技术已经相对成熟，在许多航空航天企业中率先得到使用，实现了钢材及钛合金等材料的直接成形，大大缩短了大型零部件的研制周期。我国也制定了增材制造的发展计划，将增材制造技术列入国家重大专项并重点支持，哈尔滨工业大学、西北工业大学、南昌大学等高校都研发了不同类型的电弧增材制造设备，并获得了一大批突破性进展及核心发明专利。

（延伸阅读作者：中国航发北京航空材料研究院张鹏）