面對新飛機低成本、高可靠性的要求,其零部件正逐步向大型化、集成化發展。增材制造技術可以不通過模具直接低成本制造復雜零部件,有望基於增材制造技術在配置能力上的優勢,進壹步優化現有飛機零部件結構,提高結構效率,實現結構輕量化和高性能化。由於傳統制造中工藝準備和模具設計的簡化或省略,產品的數字化設計、制造和分析高度集成,可以顯著縮短研發周期和成本。
金屬增材制造技術按熱源類型可分為三種:激光、電子束和電弧。在過去的20年中,主要研究了以激光和電子束為熱源的粉末基金屬增材制造技術。通過連續熔化或燒結金屬粉末,壹層壹層地連續制備復雜的結構零件。現已應用於航空航天、國防軍工、能源電力等高科技領域的壹些關鍵部位。但金屬粉末基激光和電子束增材制造技術由於其原材料和熱源的特性,在成形某些特定結構或成分的零件時,由於受到壹定的限制,無法實現甚至無法成形,其原材料和時間成本較高,存在諸多缺點:(1)對於激光熱源,其成形速度較慢,鋁合金對激光的吸收率較低;(2)對於電子束熱源,真空爐體的尺寸限制了元件的體積;(3)粉末基金屬原料制備成本高、易汙染、利用率低,增加了原料成本。
基於上述原因,現有技術在成形大型復雜結構件時表現出壹定的局限性。為了滿足航空航天結構件大型化、集成化的要求,基於堆焊技術發展起來的低成本、高效率的電弧增材制造技術引起了壹些學者的關註。WAAM(wire and arc additive manufacturing)利用電弧作為能量束,通過逐層堆焊制造金屬實體部件。這項技術主要是在TIG、MIG、SAW等焊接技術的基礎上發展起來的。成型零件采用全焊縫,化學成分均勻,密度高。開放式成形環境對成形零件的尺寸沒有限制。成形速度可達幾kg/h,但電弧加成型制造的零件表面起伏較大,成形零件表面質量較低,壹般需要進行二次表面加工。與激光和電子束增材制造相比,電弧增材制造技術的主要應用目標是低成本、高效率和大型復雜零件的近凈成形。
復合金屬材料是指用軋制法、爆炸軋制法、爆炸法和堆焊等方法生產的復合金屬材料。