行业动态 | 焊接策略如何革新3D打印 - 四川增材制造技术协会官网

图1.棒焊图，显示：1.涂层流量； 2.棒； 3.保护气； 4.熔合； 5.基础金属； 6.焊接金属；以及7.凝固的炉渣。
        然而，增材制造（AM）是一项更年轻的技术。尽管在1970年代和1980年代开发了早期技术，但直到2010年代才充分意识到3D打印的潜力。最初，3D打印仅用于制造原型或低保真模型，但它已经演变为制造各种医疗级别的零件。
        焊接和增材制造在主题上相似。 MIG焊接尤其类似于3D打印，因为在焊接时会沉积金属电极。实际上，MIG焊接已用于通过逐层沉积金属来增材制造金属物体。在本文中，我们将讨论焊接技术如何在3D打印领域提供信息，改进和创新。
  控制3D打印微结构
       对于焊接，控制熔合区的微观结构对于形成良好的焊接至关重要。形成不良的微观结构会降低机械阻力和/或导致不良的各向异性。有几种在焊接时微调结构的方法，其中一些方法可转移到3D打印中。据中国3D打印网了解，焊接微观结构可以通过热源操纵，化学成分和焊接参数校准来控制。热源操纵对于焊接和3D打印都至关重要，因为它直接影响沉积和/或熔化的材料数量。热源可以是脉冲式或连续式，并且可以电子方式控制几个不同的参数。如果是脉冲，则可以控制脉冲的幅度，频率和占空比。

图2.将脉冲焊接电压的占空比从50％增加到75％。
这些参数直接转移到3D打印中。沉积塑料或金属的喷嘴也可以通过电子方式控制，因此可以微调幅度，频率和占空比，以实现更好的材料沉积。与手动焊接相比，在3D打印中也可以以更高的精度调整热源的移动速度，所有这些参数的相互作用对于良好的打印至关重要。
在焊接中，电极，气体和填充剂的化学成分都是至关重要的。实际上，某些反应性金属（如铝和钛）无法使用某些方法进行焊接。调整操作程序也会影响最终结果。焊接功率，速度和冷却必须精心设计。这些参数中的每一个都影响融合区的微结构如何熔化和固化。同样，对于增材制造，塑料或金属化学的选择至关重要。一些聚合物或合金可能无法打印，而另一些聚合物或合金可能太软而无法在打印时保持其结构完整性。此外，必须针对不同的材料调整喷嘴的移动和加热，这些设置将影响最终产品的结构性能。

图3.更改单个3D打印过程参数（晶格厚度）可能会导致明显的属性差异。图片由Wikimedia提供。
参数优化

作者Oliveira等。讨论确定AM参数的严格数学框架。他们在论文中讨论了如何优化工艺参数，例如功率，移动速度和孵化距离。每个参数都没有一个最优的值，而是存在一个最优的参数空间，其中不同的参数组合可以产生相同的无缺陷结果。例如，同时降低功率和移动速度将使热量输入速率保持恒定。Oliveira等。还讨论了确定3D打印的一些关键数量的三个不同标准，即填充距离和熔化半径。可以基于融化半径通过“几何准则”得出舱口距离，并且融化半径可以通过能量准则或热准则来确定。他们在推导这些标准时满足了他们的假设，并提供了具有实验价值的图表。

重要要点

焊接和增材制造是姐妹技术。焊接的历史要悠久得多，因此，随着焊接技术的不断发展，我们可以将一些经验教训转移到3D打印中，以避免重复同样的错误。尤其是，焊接/印刷现场的微观结构对于最终产品至关重要，因此在调整所有相关参数（例如功率，运动和化学成分）时必须格外小心。