Проволочно-дуговая аддитивная мануфактура (WAAM): руководство 2020 по крупномасштабной металлической 3D-печати

Проволочно-дуговая аддитивная мануфактура (WAAM) — الناشющая технология металлической 3D-печати, позволяющая фабрикацию крупных, высокопрочных деталей в авиакосмической, морской и энергетической отраслях. Хотя менее известная, чем порошковые системы, WAAM предлагает уникальные преимущества в масштабе, стоимости и материальной универсальности.

Как работает WAAM

WAAM — процесс прямого энергетического депонирования (DED), использующий электрическую дугу для плавления непрерывной металлической проволоки. Роботизированная рука подает расплавленную проволоку на базовую пластину, строя деталь слой за слоем. Депонированный металл затвердевает в капли, которые сливаются вместе, формируя каждый слой.

Поскольку процесс основан на сварке, WAAM может работать с любым металлом в виде проволоки, который сварной — нержавеющая сталь, никелевые сплавы, титан, алюминий и другие.

Преимущества WAAM

• Крупномасштабное производство — Достигает роботизированной руки, а не размера порошкового ложа, ограничивает размеры детали. WAAM может создавать компоненты длиной несколько метров, подвиг, недоступный для большинства порошково-слейных машин.
• Низкие материальные и оборудовательные затраты — Проволочное сырье значительно дешевле металлического порошка, и WAAM-оборудование часто использует стандартное сварочное оборудование.
• Высокая плотность и механическая прочность — 100% плотная входная проволока дает детали с минимальной пористостью, соответствующие производительности конвенционально изготовленных деталей.
• Ремонт и обслуживание — WAAM может восстанавливать изношенные особенности на лопастях турбин, формах и штампах, снижая потребность в полной замене.

Ограничения

• Остаточные напряжения и деформация — Высокие температуры могут индуцировать напряжения, деформирующие деталь; активное охлаждение или постобработка часто требуются.
• Требования экранирования — Сплавы вроде титана нуждаются в инертной газовой атмосфере, ограничивая размер детали и добавляя стоимость.
• Шероховатость поверхности — WAAM производит near-net-shape детали, которые обычно требуют механической обработки для финальных толерансов.

Ключевые игроки и успешные истории

WAAM3D

Основанная в 2018 году, WAAM3D коммерциализирует IP Кранфилдского университета для адресации пробела в цепочке поставок — ПО, оборудование, материалы и сервисы. Их портфель включает 2,5 м × 1,5 м титановый задний раму для Eurofighter Typhoon BAE Systems и 1 м титановый сосуд под давление для Thales Alenia Space, сэкономивший более 200 кг на единицу и сокративший лид-тайм с месяцев до дней.

AML3D

Основанная в 2014 бывшим студентом Кранфилда Эндрю Сэйлз, AML3D доставляет WAAM-фабрикованные нержавеющие износостойкие кольца для морских судов. Компания достигла сертификации Lloyd's Register в 2019 и сократила лид-тайм деталей с 6–8 недель до дней, позволяя быстрый ремонт судов в порту. Планы на открытие производственного объекта в Сингапуре для обслуживания регионального судоходного хаба.

Ramlab (Порт Роттердам)

WAAMpeller Ramlab — 298 слоев никель-алюминиевого бронзы — весил 400 кг и завершился за семь месяцев, демонстрируя потенциал WAAM для крупных морских компонентов. Лаборатория также 3D-напечатала 36 000 кг крановый хук для Huisman Equipment, ускоряя производство с девяти месяцев до двух.

MX3D

MX3D пионерствовала WAAM со стальным мостом и позже напечатала алюминиевый велосипедный раму за менее чем 24 часа, показывая высокую скорость сборки и интеграцию генеративного дизайна.

Gefertec

Система 3DMP® Gefertec может производить детали до 3 м³ и 3000 кг. Ее гибридная 3-осевая установка позволяет немедленную пост-печатную обработку. Gefertec напечатала подшипниковый чехол коленного вала локомотива — традиционно девятимесячная цепочка поставок — за два месяца, иллюстрируя способность WAAM к быстрому прототипированию.

Заключение

По мере роста спроса на крупные, сложные металлические компоненты, уникальное сочетание WAAM масштаба, стоимоэффективности и материальной производительности позиционирует его как жизнеспособную альтернативу традиционному производству и другим аддитивным технологиям.