工程师为小金属零件开发新的MICRO-WAAM 3D打印技术

来自里斯本NOVA大学的一组研究人员开发了一种新形式的电弧增材制造 (WAAM)，专为小零件和精细特征细节而设计。

这种名为 µ-WAAM 的高精度3D打印技术使用直径仅为250µm的金属线材。 就上下文而言，传统的WAAM通常使用 1mm以上的线径。 它旨在提供精度和打印速度，将粉末床融合 (PBF) 的分辨率与传统WAAM的沉积速率和材料效率相结合。

根据NOVA研究人员的说法，新的µ-WAAM方法特别适合制造大型WAAM难以应对的薄壁和其他复杂结构。

PBF与WAAM 3D打印

如果您正在寻找更小尺寸的金属部件，PBF是您可以选择的3D打印技术。 该方法利用激光或电子束在粉末床中熔化和融合粉末原料，在每一层之后重新涂覆和重新打印以制造固体3D零件。 由于使用了点激光，PBF提供了高几何精度，但受到低沉积率和高粉末浪费的阻碍。

另一方面，那些寻求更大零件生产的人可能会发现选择送丝定向能量沉积 (DED) 工艺很有用。 虽然它的打印分辨率确实很差，但WAAM拥有相对较高的材料沉积率，非常适合海事等行业的大型部件应用。

µ-WAAM 3D打印机

为了结合两全其美，NOVA研究人员开发了一种带有小型龙门系统的定制µ-WAAM电弧焊枪。 µ-WAAM打印机与普通的 FFF 机器非常相似，它基于笛卡尔坐标系，并使用直线轴承和传统的步进电机。

据该团队称，送丝装置的灵感来自于FFF 3D打印机中的长丝挤出机。一个驱动齿轮由压缩在径向轴承下的步进电机驱动。

为了与送丝建立电接触，该团队使用了0.3mm黄铜喷嘴。此外，使用标准的12V/100Ah电池作为电源。在这种情况下，需要使用电池，因为传统的焊接源根本无法提供足够的I-V特性来产生如此小的焊接电弧。 NOVA研究人员甚至集成了一种基于氩气的保护气体，以避免工艺引起的缺陷，例如气孔，同时保护线材免受氧化。

那么它是如何堆积起来的呢？为了测试µ-WAAM 3D打印机，该团队使用钢丝打印出许多薄壁结构。 PBF只能实现约 2g/min的构建速率，而µ-WAAM的时钟速度高达5g/min。这仍然比不上传统WAAM的沉积速率（约为18.5克/分钟），但考虑到定制系统的大小，这令人印象深刻。

在尺寸精度方面，WAAM可能只能提供±0.7毫米的精度，这就是为什么需要大量的后处理来实现高质量的表面光洁度。另一方面，µ-WAAM工艺设法实现了小于0.3mm 的尺寸精度。同样，这不如PBF (±0.04mm) 精确，但在两种传统技术之间提供了一个很好的万能中间地带。

最终，这项工作成功地验证了WAAM的新变体，缩小了技术规模以适应更精细的特征细节和薄壁。 µ-WAAM方法绝不是完美的，但它结合了PBF和WAAM的优点，解决了两者的一些痛点。

该研究的更多细节可以在题为《微线和电弧增材制造 (µ-WAAM)》的论文中找到。