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电弧增材制造工艺及其应用
1.电弧增材制造工艺概述
电弧增材制造(ElectronBeamAdditiveManufacturing,EBAM)是一种通过电弧加热熔化金属丝或粉末并逐层堆积成形的新型制造技术。它具有速度快、材料利用率高、成本低、精度高等优点，被认为是未来制造业的重要发展方向。
电弧增材制造的基本原理是将电极(通常为钨丝)放置在工件上方，然后在两电极之间产生电弧，使金属丝或粉末在电弧高温下熔化并沉积在工件表面。随着电弧的不断移动，金属丝或粉末被逐层堆积，最终形成所需的三维结构。由于电弧温度高达几千摄氏度，因此能够实现对金属材料的高熔点和高强度的加工。
随着激光等离子和电子束等先进光源技术的不断发展，电弧增材制造技术也得到了极大的改进和提高。采用高速激光扫描和精确控制技术可以实现更精细的加工和更高的成形质量；同时，结合先进的控制系统和传感器，可以实现自动化生产和智能化操作。电弧增材制造还可以与其他制造技术(如快速成型、粉末冶金等)相结合，拓展其应用领域。
1.1电弧增材制造技术原理
电弧增材制造(ElectronBeamAdditiveManufacturing,EBAM)是一种通过电弧熔化金属粉末并逐层堆积形成所需零件的制造方法。它是一种将激光、电子束等其他增材制造技术与电弧熔化技术相结合的新型制造技术。电弧增材制造技术具有高速、高精度、低成本等特点，因此在航空航天、汽车制造、模具制造等领域具有广泛的应用前景。
电弧增材制造的基本原理是利用电流产生的电弧加热金属粉末，使其熔化并沉积在基底上。在这个过程中，电弧的温度通常在几千到几万摄氏度之间，足以使金属材料熔化。通过控制电弧的形状和位置，可以实现对金属粉末的精确定位和逐层堆积。
金属粉末预热：将金属粉末放入送粉系统中，然后通过高温气氛或电弧加热器将金属粉末预热至足够高的温度，以便于其在电弧熔化过程中保持液态状态。
金属粉末熔化：将预热后的金属粉末送入电弧熔化区，当电流通过时，金属粉末被加热至熔化状态。由于金属粉末的高比表面积和高导热性，热量能够迅速传递到基底上。
金属粉末沉积：在电弧作用下，熔化的金属粉末沿着基底表面逐层堆积，形成所需的零件结构。由于电弧的高度可调，因此可以根据需要选择不同的沉积速度和厚度。
零件固化和去除多余粉末：随着沉积过程的进行，基底上的金属粉末逐渐凝固并形成零件结构。通过切割或其他方法去除多余的金属粉末，得到最终的产品。
电弧增材制造技术是一种结合了电弧熔化技术和激光、电子束等其他增材制造技术的新型制造方法。它具有高速、高精度、低成本等特点，为制造业带来了新的机遇和挑战。
1.2电弧增材制造设备
电弧增材制造(AerosolAdditiveManufacturing,简称AM)是一种通过电弧熔化金属粉末并逐层堆积形成所需零件的制造方法。在这种工艺中，电弧是关键的工具，它产生高温、高压和高电场的环境，使金属粉末在电弧热源的作用下熔化并沉积在基底上。为了实现这一过程，需要使用特定的电弧增材制造设备。
电弧发生器：电弧发生器是电弧增材制造设备的心脏部件，负责产生所需的电弧。常见的电弧发生器类型有旋转电极电弧发生器、气体电弧发生器和等离子体电弧发生器等。这些电弧发生器可以根据不同的材料和工艺需求进行选择和配置。
基底送丝系统：基底送丝系统负责将金属粉末从供丝机送到电弧熔池中。常用的送丝系统有喷丝机、针筒送丝机和振动送丝机等。这些送丝系统具有较高的送丝速度和稳定性，可以保证金属粉末在电弧熔池中的均匀分布。
控制系统：控制系统负责对整个电弧增材制造过程进行监控和管理。它包括运动控制系统、电流控制系统、电压控制系统等，可以实现对电弧参数、送丝速度和基底温度等的精确控制。控制系统还可以与CADCAM软件集成，实现零件设计和制造过程的自动化。
后处理系统：后处理系统负责对沉积在基底上的金属粉末层进行加热、去除表面氧化物、研磨和检测等处理。这些处理可以提高零件的表面质量、力学性能和耐腐蚀性。常见的后处理设备有热处理炉、抛丸机、激光切割机和X射线检测仪等。
安全保护系统：为确保操作人员的安全，电弧增材制造设备通常配备有各种安全保护装置，如防护眼镜、手套、防热服等。还需要设置紧急停车按钮和火灾报警系统等，以应对突发情况。
电弧增材制造设备是实现电弧增材制造工艺的关键部件，其性能直接影响到零件的制造质量和生产效率。随着科技的发展，未来电弧增材制造设备将会更加智能化、高效化和环保化，为制造业的发展带来更多的机遇和挑战。
1.3电弧增材制造工艺流程
预处理：在进行电弧增材制造之前，首先需要对工件进行预处理，以去除表面的氧化层、油污、锈蚀等杂质，提高电弧沉积速度和附着力。预处理方法主要包括机械清理、化学清洗和电化学清理等。
电极制作：根据工件形状和尺寸，设计合适的电极形状