为“镁”而生，西安优弧智熔实现镁合金电弧增材制造技术新突破

导读：镁合金作为最轻质的金属工程结构材料，具有密度小（1.8g/cm3左右）、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好、耐有机物和碱的腐蚀性能好等优点，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。然而，由于镁合金在铸造时易出现疏松、夹渣、裂纹以及气孔等缺陷，严重影响了材料加工成型后最终性能，阻碍了其广泛应用。那么3D打印技术能否加工镁合金呢？

2022年7月7日，南极熊获悉，西安优弧智熔增材制造有限公司近日宣布，利用等离子弧丝材增材制造（Wire and Plasma Arc Additive Manufacturing，简写 P-WAAM）技术，成功制备出大尺寸高强度镁合金（AZ91,Al含量9%，Zn含量1%）零部件，其内部组织致密，无气孔、未熔合等冶金缺陷。西安优弧智熔成功打破了这项3D打印技术在国内的空白状态。

△等离子增材镁合金件及增材过程

△等离子成形镁合金及射线照片

等离子弧丝材增材制造（PWAAM）技术，由等离子弧作为热源，丝材为原材料，成形零件经路径软件分层得到的成形路径，在金属基板上形成移动的熔池， 将外部填充的金属丝材熔化而成的金属熔滴，不断的送入熔池，通过在成型路径上逐点逐道逐层累积金属材料，实现零件的快速高效高性能成形。

△等离子弧丝材增材制造（PWAAM）工艺流程

△等离子弧丝材增材制造（PWAAM）打印过程

与以金属粉末为加工材料的增材制造技术相比，PWAAM 具有对金属材质不敏感、堆积速率高、材料利用率高、生产成本低等优势。可解决航空、航天、核电、船舶等大型及超大型金属构件毛坯在铸造、锻造中存在的质量、周期、成本等诸多问题。

↓↓激光粉末增材制造与等离子丝材增材制造对比

类比内容

激光送粉（LDM）

等离子丝材（RPD）

单次材料利用率

60%

99%

原材料及价格（板材价格为X）

粉末，（5-10）X

丝材，（2-3）X

成形单位质量能耗（KW）

100

10

可打印材料

钛合金、高温合金

钛合金、高温合金、铝合金、铜合金等

国内外发展状态

国内外均在应用

国外挪威钛，国内正在推广

成形性能

已形成标准

目前参考AMS7004

镁合金与铝合金，钛合金、高温合金等金属相比，其具有高反应性和高汽化倾向并且镁合金细粉末易燃易爆，且成本高。很难通过选择性激光熔化技术进行镁合金零件的增材制造。西安优弧智熔增材制造有限公司技术团队，通过对镁合金丝材成分优化设计，电弧增材制造电源改性，工艺过程控制，在镁合金零件特征结构与电弧成形工艺方面不断拓展创新，迭代优化，在国内首次实现高强镁合金电弧增材零件制备。

△西安优弧 PWAAM501 等离子丝材增材制造设备

据悉，这款等离子丝材增材制造设备具有以下特点：

1.设备采用万向旋转送丝专利制造，同时配合自主研发路径软件（可实现四轴以上联动），解决了打印过程各向同性；

2.直接成形复杂件，节省材料，单次材料利用率＞99%；

3.性能可靠，目前钛合金测试性能可到达锻件要求，挪威钛等离子成形钛合金部件已用于民用飞机（波音 787 与空客 A350 XWB）；

△等离子打印试块

↓↓西安优弧智熔等离子增材制造试棒测试结果

编号

抗拉强度/Mpa

屈服强度/Mpa

延伸率A%

断面收缩率/%

横向1-1

899

807

5.5

10

横向1-2

905

808

8.5

17

横向1-3

898

810

9.5

30

横向1-4

894

803

5.0

16

纵向2-1

906

835

7.0

17

纵向2-2

866

788

8.0

20

纵向2-3

860

782

12.0

34

纵向2-4

862

788

7.5

24

4.高性价比，材料、设备、能耗成本低，成本低于材料利用率小于 10%的机加件；

5.成形材料广泛，可焊接金属材料均可增材成形，包括铝合金、铜合金、钽合金等；

6.设备自主设计与生产占比≥80%，具有多项核心发明专利，具有国内外唯一性，目前稳定成形钛合金、高温合金、钢、铝合金等复杂部件。

据南极熊了解，西安优弧智熔增材制造有限公司成立于 2018 年，位于西安高新技术产业开发区锦业路 26 号，注册资本 1000 万元。是一家为客户提供全套的金属增材制造技术解决方案、产品、设备等服务的科技型中小企业，可制备不限尺寸的钛合金、高温合金、高韧镁合金等结构件，可应用于航空、航天、军工、船舶、核电等大型构件的快速制造。

西安优弧智熔负责人表示：“公司专注于技术研究和工艺开发，积极建立校企合作研究平台，先后与西安理工大学材料学院、西安交通大学材料学院焊接研究所、西安科技大学材料学院建立了产学研基地，增强企业的创新力与竞争力。”

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