AL-Mg-Zn合金机器人WAAM制造工艺试验研究(2)

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致谢27

参考文献28
1 绪论1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景当今社会，制造业对于小批量、多品种的制造需求日渐增多，人们对于制造过程的精确控制和产品的质量，材料的节约等的重视程度日益加深。因此，能够进行并行制造，柔性化程度高，可以实现智能化，数字化的增材制造技术应运而生[1]。使制造业由减材制造到增材制造发生了概念性的发展，是制造技术革命的重要突破口之一。增材制造技术有许多的别名，最广为人知的名字是“3D 打印”技术。这是一种智能化数字化的技术，它主要是利用对材料在以层为制造单位的基础上添加材料进行堆积的制造技术。这种制造技术的优势在于无需模具，制造周期短，响应快，能较好的节省材料（尤其是钛等贵金属材料）。该制造技术是 20 世纪末开始新兴的一种工业制造方法，早在 1979 年，关于增材制造技术的早期理念就在日本被东京大学的中川威雄教授所提出。当时是利用分层技术成型了注入型模具、成形型模及金属材料冲击型模，之后随着该技术在铸件制造领域理念的不断提高，这种制造技术也日益被世界所重视和关注。增材制造技术研究至今已经延伸出十余种制造方法，常用的有如下几种：分层实体成形(Laminated Object Manufacturing，LOM)，采用一定厚度的薄材为成形材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶，保证在CAD 模型上切出的等厚的切片层和材料，在薄层材料上利用计算机控制所控制的激光束切割出构件轮廓，随后令工作台下降一层的高度，将新的层片通过热压装置紧粘在已成形的基体上[2]。选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，它是有选择的驱动由电脑控制的激光对均匀铺在工作台上的粉末进行烧结，其余未经烧结处理的粉末作为构件的组成。在结束每一层的烧结后，令工作台再降低一层高度，然后重复上述过程[3]。三维打印(3D Printing)，将制好的粉末用机器在工作台上进行铺展，厚度一般来说比较薄，，喷头依据电脑上预先设定的轨迹和角度喷出黏结剂使粉末粘连，一次形成一层的构件层体，然后使工作台下降一层的高度，令铺粉机构上升一层高度，再次铺展粉末，按设定喷头再次喷出黏结剂，重复上述过程直到形成完整的构件[4]。熔融喷丝成形(Fused Deposition Modeling，FDM)，这种增材制造的方式是先将所需原料在喷口加热至液态，然后按照构架的轮廓依设定，在电脑的控制下，从喷头喷出材料从而进行堆积直到形成三维完整的构件[5]。作为增材制造的一种，电弧增材制造技术（ Wire Arc Additive Manufacture，WAAM）是一种以逐层熔覆为方式，以焊接电压为能量源，通过逐层堆焊的方法来实现增材制造的技术。全程可数字化控制，具有一定的先进性。电弧增材制造是数字化连续堆焊成形过程，该基本制造设备系统应包含焊接热源、送丝机构及焊接机器人系统[6]。电弧增材制造所需的构件依靠于不断重复的小熔池每一层的不断形成，从电弧增材制造过程来考量，其电弧越稳定越有利于增材制造过程的稳定性，即构件外形的完整性。所以，电弧不易失稳的非熔化极气体保护焊（TIG）和基于熔化极惰性 / 活性气体保护焊（MIG/MAG）开拓出的熔滴过渡（Cold MetalTransfer, CMT）技术已经逐渐发展成目前主要的能量来源方法。作为由点及面及体扩展的焊接机构，该系统的执行精度，执行范围和灵活性对构件几何尺寸确保的外形形貌的准确性有着很大的影响，当今工业上应用较多的是自动化控制设备。与传统的制造工艺相比，该技术不需要模具，能够缩短制造时间，，不但响应的速度快，而且节省材料，特别适合少量的，多个种类的零件制造，是新世纪的制造业的主攻方向之一。