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天津大學(xué)使用BLT電弧增材設(shè)備在Additive Manufacturing發(fā)表科研成果

近日，來(lái)自天津大學(xué)化工學(xué)院、中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院和米蘭理工大學(xué)機(jī)械工程系的課題組利用鉑力特的WAAM設(shè)備W2520A，對(duì)比了WAAM技術(shù)和熱軋技術(shù)制造的308 L樣品，對(duì)WAAM技術(shù)制造的308 L的疲勞壽命進(jìn)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 and solution?annealed 308 L stainless steel.據(jù)悉，Additive Manufacturing期刊目前的影響因子超過(guò)10.

WAAM技術(shù)是一種利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)、鎢極惰性氣體保護(hù)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(jìn)數(shù)字化制造技術(shù)。

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

WAAM技術(shù)對(duì)金屬材質(zhì)不敏感，可以成形對(duì)激光反射率高的材料，如鋁合金、銅合金等；對(duì)設(shè)計(jì)響應(yīng)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(shù)可用于解決大型及超大型零件鍛造和鑄造問(wèn)題，也可用于大尺寸薄壁筋格結(jié)構(gòu)打印。

在本論文中，課題組對(duì)固溶處理后的WAAM制造的308 L樣品進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征、準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)和應(yīng)變控制低周疲勞試驗(yàn)，與同樣固溶處理?xiàng)l件的熱軋制造的樣品在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸性能、循環(huán)變形行為、疲勞壽命和疲勞破壞機(jī)理進(jìn)行了比較研究。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的加工技術(shù)對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)有顯著影響，這進(jìn)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(gòu)的柱狀晶形貌，并且晶粒尺寸更大。通過(guò)疲勞失效機(jī)理分析，WAAM材料具有更優(yōu)異的抗疲勞裂紋擴(kuò)展性能，但其抗裂紋起裂性能更差。因此，WAAM材料在相對(duì)較高的應(yīng)變幅下表現(xiàn)出稍長(zhǎng)的疲勞壽命，在低應(yīng)變幅下具有較短的疲勞壽命。

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

鉑力特在此次研究中為課題組提供了技術(shù)方面的支持。鉑力特與課題組積極溝通，多次開(kāi)展線上交流會(huì)議，細(xì)心解答課題組提出的問(wèn)題。鉑力特根據(jù)課題組要求，依托自身研究，開(kāi)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(yàn)的正常進(jìn)行。

鉑力特開(kāi)展的WAAM 技術(shù)研究主要用于電弧增材和增材修復(fù)兩方面。目前已完成國(guó)家工業(yè)強(qiáng)基項(xiàng)目1項(xiàng)，交付各類(lèi)零件數(shù)百件，用于核電、航空航天、礦山機(jī)械、石油重工、高校、科研院所等相關(guān)領(lǐng)域?，F(xiàn)有設(shè)備的最大成形零件尺寸可達(dá)到4m級(jí)，其成形效率為鋁合金4kg/h，不銹鋼等12kg/h；X射線及相關(guān)性能測(cè)試一次性通過(guò)客戶驗(yàn)收。此外，設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展后實(shí)現(xiàn)了φ10m級(jí)環(huán)形件的試制，成形效果良好。

多年來(lái)，鉑力特致力于與高校及科研院所合作進(jìn)行試驗(yàn)研究，推動(dòng)金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展以及其在工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。未來(lái)鉑力特將繼續(xù)重視與高校和科研院所用戶精誠(chéng)合作，支持高校和科研院所用戶在WAAM技術(shù)層面不斷深入研究，充分發(fā)揮WAAM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在科研和工程應(yīng)用領(lǐng)域提供更多具有參考價(jià)值的研究成果。