北京理工大学刘长猛教授团队：送丝方向对无支撑线弧增材制造质量和精度的影响 | AMF论文推荐

引用论文

Hanwen Xu, Hao Mao, Chan Wang, Jiayuan Cui, Jiawei Xie, Fuyou Bai, Changmeng Liu . The Effect of Wire-Feeding Direction on Quality and Accuracy of Unsupported Wire Arc Additive Manufacturing . Additive Manufacturing Frontiers, Volume 4, Issue 3, 2025, 200214.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2025.200214.

文章链接：

1研究背景及目的

在电弧熔丝增材制造（WAAM）的点阵结构中，无支撑杆的制造质量和精度尚未开展大量系统的研究，严重限制了增材制造点阵结构质量及工程应用。本研究旨在通过讨论丝材相对熔池的送丝位置，提高无支撑杆的制造质量和精度，实现WAAM大规模点阵结构的高精度低成本制造 。

2论文亮点

（1）基于课题组特色无支撑制造工艺方法完成样件制造，依据悬空凝固熔池理论调整工艺参数确保制造稳定性；

（2）将360°圆周方向分为12组，更为细致的探究了送丝方向对精度的影响，这在过去并没有被研究过；

（3）针对金属丝材进入熔池对稳态产生的影响进行了详细的研究。

3试验方法

首先，打开热源和热线辅助系统，输入所需的工艺参数。然后，将机床和基板调整到适当的位置进行加工。在制造过程中，实时调整工艺参数，以避免明显的熔池振荡。将360°圆周方向分为12组，共制造了12组样品。每组由五个使用相同工艺参数制造的重复样品组成，随后进行3D扫描以表征试样的加工精度 。

4结果

（1）在熔池高温区送入焊丝所制造的试样，其体积与精度明显大于在熔池低温区送丝的试样；

（2）在极端情况下，沿熔池不同方向输送焊丝的无支撑棒的体积差可达120%。飞溅问题对材料利用效率和尺寸精度都有显著影响 ；

（3）保持较长的弧长（约5.9mm）可以提高制造精度和加工质量 。

Fig. 1. Schematic diagram of the force analysis on the metal melt during WAAM.

Fig. 2. (a) Schematic diagram of positive contact transition treatment in high-temperature area of WAAM; (b) Schematic diagram of back contact transition treatment in low-temperature area of WAAM.

Fig. 3. Transition process in arc additive manufacturing process captured by industrial camera. (a1)–(a3) Transition of wire feeding in low-temperature areas; (b1) –(b3) Transition of wire feeding in high-temperature areas.

5结论

(1) 将金属丝送入高温区可以缓解温度梯度变化对制造精度的影响，并在减少熔池振荡和保持稳定的加工状态方面发挥着至关重要的作用 。

(2) 在一定范围内，加工时保持较长的电弧，可以增强散热，减轻热量积聚对加工的影响，从而提高WAAM组件的精度和质量 。

(3) 当焊丝被引入熔池的高温区时，具有更好润湿性，促进了更平稳的过渡，对提升精度有积极作用 。

6前景与应用

本论文详细讨论了送丝方向对无支撑点阵杆制造精度和质量的影响，该研究对大尺寸双钢板点阵结构的低成本高精度制造具有积极的促进作用。此类双钢板点阵结构可应用于海洋浮台、抗爆装甲、高强度建筑等领域，具有广阔应用前景 。

关于团队

作者介绍

刘长猛（通信作者），北京理工大学机械与车辆学院长聘教授、博导、院长助理。长期开展多弧并行增材制造控形控性机理与方法、控制系统与智能装备研究。主持了国家重点研发计划项目（首席科学家）、国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）/面上/青年项目、国防基础科研重点项目等10 余项。共发表学术论文106 篇，其中以第一/通讯作者发表SCI 论文56 篇。第一发明人授权国家发明专利21 项。成果应用于兵器、航天、航空、船舶等国防领域。研究成果得到全国新闻联播、人民日报、新华社、中央电视台等报道。担任国家中长期发展规划（2021-2035 年）“增材制造与激光制造”领域规划青年专家、中国机电一体化协会理事等。

近年团队发表文章

[1] FU R, DUAN S, MA Y, et al. Dynamic mechanical properties of nanoparticle-enhanced aluminum alloys fabricated by arc-directed energy deposition [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2023, 952: 169997.

[2] XU H, LIU C, MAO H, et al. Strengthening nodes to obtain high-strength pyramid lattice structure by using wire arc additive manufacturing method [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2024, 117: 125-33.

[3] XU T, JING C, MAO H, et al. Parallel multi arc directed energy deposition: New way to achieve efficient manufacturing of large-size lattice sandwich structure [J]. Additive Manufacturing, 2024, 90: 104322.

作 者：刘长猛

责任编辑：李 娜

责任校对： 金 程

审 核： 张 彤

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