西交大魏正英教授顶刊丨新型铝合金熔滴+电弧增材制造方法、组织和力学性能研究

相关研究成果发表在增材制造顶刊Additive Manufacturing上。文章第一作者为西安交通大学机械工程学院硕博连读博士生贺鹏飞，作为新工艺平台的设计与研制及工艺负责人对新工艺研制成功做出了突出的贡献。西安交通大学机械制造系统工程重点实验室为该论文的作者单位，魏正英教授为通讯作者。文章其他作者包括博士生陈雪丽、来旭辉，硕士生王勇超、蒋敏博、马琛。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

         

熔滴+电弧增材制造实验平台

该研究重点是熔滴生成过程、熔滴+电弧沉积过程以及成形薄壁件的微观结构和力学性能。团队通过研究得到如下主要结论：

（1）DGS中当射流速度超过1.9 m/s时，射流状态将变为稳定的瑞利射流模式。在设定的工艺条件下，熔滴的平均直径可以减小到0.71 mm，传输频率可以达到600–800 Hz，熔滴的飞行方向具有良好的稳定性；瑞利喷射模式下的小熔滴尺寸有效地消除了熔滴对熔池的强烈冲击。并且高熔滴频率显著提高了熔滴+电弧沉积工艺的连续性。同时，DAAM方法对熔滴下降偏差表现出较好的包容性。采用DAAM工艺成功制备了薄壁组分和形貌良好的环形结构，沉积速率达到140 mm3/s。事实证明指数函数的热输入策略在铝合金薄壁部的制造中足够有效。

         

         

熔滴+电弧增材制造薄壁件中晶粒演变

DAAM薄壁样品典型晶粒形成示意图

针对轻质铝合金激光增材高效成形的难点，团队成功研制了颗粒增强铝基复合材料熔滴/电弧高效增材制造技术与设备，并建立了熔滴复合电弧3D打印成形系统和动态监视反馈的主动控制软硬件系统，实现了耐磨陶瓷颗粒增强铝基复合材料构件的熔滴/电弧高效增材制造，团队李俊峰助理教授和博士生赵光喜、耿汝伟、王鑫、硕士生刘伟参与了复合材料增材新工艺论证和实验，并负责相关的国家自然科学基金的撰写（2017获资助），贺鹏飞博士负责撰写的“陶瓷颗粒增强铝基复合材料构件的熔滴/电弧高效增材制造”2023年获得国家自然科学基金资助。