过去10年，复合材料在商用飞机上的使用急剧增加，零部件的尺寸也从金属变成了复合材料，主要是碳纤维强化的环氧预浸料。 这使得寻找能够比较廉价且迅速地进行大型生产的模具选项变得更加困难。
林肯( Lincoln Electric )增材制造解决方案公司最近交付了第一个航空模具。 该模具的3D轮廓采用Invar模具钢通过增材制造简化了制造过程，缩短了制造周期。 本期，3D科学谷和谷友一起知道了林肯用保险丝增加材料制作大型航空结构物的模具。
lincolnelectricadditivesolutions
制造能力交叉的组合
3D打印挑战大型模具
航空零部件制造的一个挑战是典型的碳纤维复合材料预浸料的“线性”热膨胀系数( CLTE或CTE )非常低。 随着复合材料航空结构部件的增大，构成它们的模具也必须增大。 但是，如果模具材料的CLTE值高于成型材料，则最终零件尺寸可能会超出规范范围。 对于具有凹槽/底切特征的模具，固化的零件实际上可能在冷却和/或脱模过程中破裂，或在模具中“死锁”。
因此，用于传统复合材料航空结构部件的原型和少量生产模具通常由手工铺层/高压釜固化的碳纤维/环氧树脂预浸料本身制造，而生产率更高的生产模具由殷钢、镍铁加工的合金制造。 由于两种模具材料都很昂贵且交货期长，业内很多人通过大幅面材制造( LFAM )寻求替代方案。
以前在3D science ball业界尝试的一种方法是将热塑性复合材料的芯进行3d打印，在芯上应用普通的碳纤维/环氧树脂模具预浸料。 然后，使整个组件成为高压(不需要粘接剂)来制造模具。 证明该方法可以成型原型，少量生产零件，但大量生产需要更耐用的选择。 林肯通过用保险丝增加材料制造大型航空结构的模具开辟了新的方法。
焊丝电弧焊
焊丝电弧增材制造( WAAM )一般称为焊丝电弧焊，以焊丝形式提供材料，由安装在工业机器人上的电弧焊( GMAW )成形，数控)多轴定位器决定进给。
lincolnelectricadditivesolutions
通过WAM焊丝电弧增材制造技术，构筑面积扩大，堆积速度(每小时5-10磅/2.3-4.5 )变快，可以使用整体廉价的材料。
与铸件相比，WAAM弧增材制造技术可以将交货时间从几个月缩短到几周，帮助制造商更快地将零部件上市。 此外，设计自由度和部件集成的机会也大幅增加。
lincolnelectricadditivesolutions
此外，与加工面板并为航空结构模具构建单独的背衬结构相比，一次性将具有整体背衬结构的模具构建为单一结构可以减少浪费/丢弃。 此外，打印3D结构的能力使打印模具更轻，更容易运输和储存，提高热性能，减少高压釜的加热/冷却周期。
目前，WAAM焊丝增材制造技术的最大极限如许多金属增材制造技术，是空气处理系统，用于收集烟气，部分屏蔽气源。
lincolnelectricadditivesolutions
WAM焊丝电弧增材制造技术的另一个限制是机器人及其相关弧焊臂的接触范围。 通过打印小部分，可以在3D打印后进行焊接，通过机械加工得到更准确的成形面。 3D科学谷是林肯用保险丝增加材料制作大型航空结构物模具的案例，将具有整体支撑结构的模具分成两部分进行3D打印完成，将面板加工焊接到允许的表面，然后打印小部分进行焊接。
与3D打印的塑料零件和模具一样，WAAM弧增材制造技术生产形状基本清洁的零件，表面呈条纹状凹凸不平。 因此，为了使模具满足尺寸标准，成形表面需要进行CNC铣削后的加工。
多领域加工能力的有机结合
林肯公司(美国俄亥俄州克利夫兰)的木材加工解决方案部门使用公司独特的基于GMAW的WAAM技术，为这20台机器提供定制的WAAM打印服务。
林肯电气( Lincoln Electric )是一家焊接和切割设备、自动化和耗材(如各种模具钢、不锈钢、镍、青铜和镁铝合金焊丝)的长期供应商。 3D科学谷表示，该公司10多年来一直在探索金属增材制造。 林肯制造解决方案于2023年上市，长期用于零件样机的制作和修理或旧零件的更换，现在可以用于航空航天模具的生产。
根据对3D科学谷的进一步理解，波音公司和林肯公司合作设计了航空航天复合材料的固化模具。 该模具将背部结构和整个面板集成到3D打印流程中，扩展了该技术的功能。 3D打印后，在美国密苏里州波音的圣路易斯工厂进行功能测试前，由贝克航空航天公司(下)对模具进行精加工，记录尺寸稳定性、表面粗糙度和真空完整性。
在这个案例中，根据对3D科学谷的进一步理解，林肯电气的区别在于林肯制造焊接设备，拥有灵活的自动化系统(机器人和定位器)，拥有数控加工技术和林肯的焊丝原料，所以林肯在焊接和先进的自动化中该软件不仅将3D模型分为多层生成沉积路径，而且对机器人和定位器进行了编程。
林肯的SculptPrint操作系统最初是为驱动复杂的5轴数控加工而开发的，后来适应了AM增材制造技术。 林肯有这个软件，可以了解更多关于WAAM进程的信息，提高效率高，可以立即更新。 在大型母公司的力量支持下，林肯电气可以在整个WAAM过程向前推进的过程中投资所有先进技术领域。
林肯现在的WAAM系统的构筑空间为1.2 x 1.8 x 1.8米，如果是狭窄的零件，印刷量最多可以增加到2.7米的长度。 当然，林肯可以用更大的机器人和基座举起机器人，扩大现在的构筑范围。 根据对3D科学谷的进一步理解，林肯正在进行几个项目，这些项目长3.1米，垂直打印1.2米到1.5米的线段，打印后将它们焊接在一起。
目前，波音增材制造的团队提出了复合固化型的开发方案。 该复合固化开发方案将WAAM技术的应用范围提高到了一个新的水平，为帮助林肯开发完全3D打印的Invar复合固化提供了设计优化支持。
网站帖子请发送到2509957133@qq.com
