焊接快速成形技术的发展现状
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以追溯至２０世纪８０年代。美国 Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ公司在２０ 世纪８０年代末开发出了 ＧＭＡＷ 和等离子 ＭＩＧ 混合焊接快 速成形技术［７］。１９９２ 年，英 国 Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ公 司 联 合 克 兰 菲 尔德大学开 发 出 ＧＭＡＷ／ＧＴＡＷ 焊 接 快 速 成 形 系 统，并 成 功应用于 Ｔｒｅｎｔ８００、Ｂｏｅｉｎｇ７７７发动机零部件的生产 。 ［８，９］
（３）生产成本 低。 焊 接 成 形 零 件 的 废 料 少，焊 材 的 利 用 率达到８０％以上，是一种环保型制造技术；生产原 型零件时， 无需制造模具，节 省 了 生 产 前 的 大 量 投 资，尤 其 在 制 作 形 状 复杂且只需单件或小批量生产的零件时的优势更加明显。
（４）生产效率高。焊接快速成形技术 的 一 个 重 要 特 点 就 是生产效率高。由于焊接快速成形技术建立在自动化生产 柔性的基础上，从 模 型 设 计 到 零 件 加 工 完 成 时 间 大 大 缩 短， 且不需要模具的 加 工 时 间；此 外，成 形 零 件 只 需 要 少 量 的 机 加工。
形尺寸受限
复杂零件 路径的优 化、零 件 尺 寸精度调 控 规 律、零 件性能调 控 技 术、大 型结构件 变 形 控 制、 装备设备 小型化及 专业化研 究、多 种 技 术高度集 成系统开 发、成 形 材 料体系化
２．１ 基于 ＧＭＡＷ／ＧＴＡＷ 的快速成形技术 国外对基于 ＧＭＡＷ／ＧＴＡＷ 的 快 速 成 形 技 术 的 研 究 可
ＸＵ Ｈｕｉｌｉ，ＣＨＥＮ Ｘｉｚｈａｎｇ，ＸＵ Ｇｕｉｆａｎｇ，ＳＡＮＧ Ｊｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｃ－ ａｄｅｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｌｉｔａｒｙ，ｍｅｄｉｃａｌ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏ－ ｔｙｐｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ａｒｇｏｎ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｇａｓ ｍｅｔａｌ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｐｌａｓｍａ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．
中，前３种技术一 般 只 用 于 非 金 属 材 料，随 着 技 术 的 不 断 发 展，也可用于金属的制造，但是仍然存在 着 组 织 致 密 性、尺 寸 精确度、表面粗糙度、力学性能等方面的 问 题，需 要 后 续 一 些 处理来达到某些要求。经研究发现，基于 焊 接 的 快 速 成 形 技 术在一定程度上能够直接达到这些要求，大大 减 少 了 后 续 处 理的工作量，在用 于 直 接 制 造 实 际 生 产 中 的 机 械 零 件 中，体 现出很大的优势。因此，基于焊接的快速 成 形 技 术 引 起 了 国 内外许多科 研 机 构 的 浓 厚 兴 趣，并 成 为 目 前 的 一 个 研 究 热 点。
关键词 焊接 快速成形 增材制造 中 图 分 类 号 ：ＴＧ４７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．０１１．０２０
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
基于 ＧＭＡＷ 的快速成形 技 术 具 有 结 构 简 单、生 产 效 率 高等优点，但是同时也有热输入大、成形 精 度 低 的 缺 点，针 对 这 些 缺 点 ，研 究 者 们 做 了 相 应 的 研 究 来 解 决 这 一 问 题 。
Ｋｏｖａｃｅｖｉｃ Ｒ 等 设 ［１０－１２］ 计 出 全 新 的 脉 动 送 丝 成 形 系 统， 实现了送丝频率 和 焊 接 同 流 同 步，并 对 成 形 工 艺 进 行 改 进， 研究得到一种名为“一个脉冲一滴”的方法，通 过 该 方 法 能 够 更好地控制熔滴 的 大 小、过 渡 速 率 和 热 输 入，以 期 实 现 分 层 制造。国内，杨世彦等 也 ［１３］ 研究 了 脉 动 送 丝 ＧＭＡＷ 快 速 成 形技术，通过多组 单 道 单 层 焊 的 实 验 对 比，最 终 选 用 焊 丝 直 径１．２ｍｍ，送丝速度１．９５～２．１０ ｍ／ｍｉｎ，电流３５～４０Ａ 的 工 艺 参 数 ，较 好 地 成 形 了 圆 形 壁 件 。
根据这项技术的 不 同 特 点，研 究 者 对 它 的 命 名 也 不 同， 如“增材制造技术”、“３Ｄ 打印”、“添 加 层 制 造”、“实 体 自 由 制 造”等。根据不同 连 接 方 式 分 类，主 要 有 粘 结、烧 结、光 固 化 和熔化堆积（焊接）这 ４ 大 类，目 前，研 制 成 功 的 快 速 成 形 技 术有光固化成型 技 术、分 层 实 体 制 造 技 术、熔 融 沉 积 成 型 技 术、选择性 激 光 烧 结 技 术、激 光 熔 覆 近 成 形 等 技 术 。 ［１，２］ 其
１ 焊 接 快 速 成 形 技 术 的 原 理 与 特 点
焊接快速成形技术首先通过计算机进行三维建模或三 维实体扫描 得 到 模 型，并 选 择 在 模 型 某 一 厚 度 方 向 进 行 分 层，得到每一层的 二 维 薄 层 面 的 数 据 文 件，成 形 机 再 依 据 每 层的数据文件，按 照 预 设 的 成 形 轨 迹，通 过 不 同 的 焊 接 方 法 自下而上完成每一层的成形，最终逐层堆积成 实 体 零 件 的 制 造技术。
由于其焊接方法的不同，各成形技术的 特 点 和 适 用 范 围 也存在着一定的差异，表１简单归纳了各技术 的 特 点 并 总 结 了当前焊接快速成形技术的研究焦点。
表 １ 不 同 焊 接 快 速 成 形 技 术 的 特 点
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ
焊接方法 技术特点
适用条件 当前研究焦点
适宜层厚大约
热输入较高， １．５ｍｍ，过低则
ＧＭＡＷ／ 热影响区较大， 会 降 低 成 形 精
ＧＴＡＷ
度；不 适 用 有 阶
设备成本低
梯面或曲率半
径很小的零件
性 价 比 较 高，熔 能 量 集 中 ，热
焊 接 快 速 成 形 技 术 的 发 展 现 状／徐 辉 丽 等
· １１５ ·
接成形零件几乎 不 受 尺 寸、质 量 及 复 杂 程 度 的 限 制，自 由 成 形制造；此外，并不 受 场 所 限 制，如 果 运 输 不 便，可 以 在 用 户 现场进行。
（２）技术高度 集 成。 焊 接 快 速 成 形 技 术 是 焊 接 技 术、数 控加工技术、计算 机 技 术 与 材 料 技 术 等 的 综 合 集 成，实 现 设 计制造一体化。
· １１４ ·
材料导报 Ａ：综述篇
２０１５ 年 ６ 月 （上 ）第 ２９ 卷 第 ６ 期
焊接快速成形技术的发展现状
徐 辉 丽 ，陈 希 章 ，徐 桂 芳 ，桑 静
（江苏大学材料科学与工程学院，镇江 ２１２０１３）
摘要 焊接快速成形技术是近几十年才发展起来的 新 型 制 造 技 术 ，具 有 高 灵 活 性、低 成 本 和 高 生 产 效 率 等 优 点，在军事、医疗、交通、教育等许多行业都得到了广泛应用。简单介绍了焊接快速成形技术的 原 理 及 特 点，概 述 了 以 钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊为基础的焊接快速成形技术国内 外 的 发 展 现 状 ，指 出 了 焊 接 快 速 成 形 技 术 在 发 展 中 存 在 的 问 题 ，并 就 关 于 成 形 精 度 、成 形 性 能 、成 形 材 料 的 问 题 进 行 了 分 析 。
焊接快速成形技术具有以下特点 ： ［３－６］ （１）高度柔性。焊接快速成形技术 最 突 出 的 特 点 就 是 柔 性好，成形零部件 的 形 状 不 受 专 用 工 具 （或 型 腔 ）的 限 制；焊
徐辉丽：女，１９８９年生，硕士生，主要从事焊接过程数 值 模 拟 分 析 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｉｌｉｘｕ＠１６３．ｃｏｍ 陈 希 章：通 讯 作 者，男，１９７６ 年 生， 博 士 ，副 教 授 ，从 事 机 器 人 焊 接 智 能 化 及 其 系 统 ，增 材 制 造 装 备 与 技 术 研 究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｅｒｎｅｌ．ｃｈｅｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
积层的结合强度 等离子弧 输入相对较小，
较 高，可 以 加 工 设备成本相对低
各种金属材料
激光
能 量 集 中 ，设 备 成本相对高， 热影响区小
成形 效 率 高，能 够实现多材料 或功能梯度材 料零件制造
电子束
高真 空 环 境，非 能 量 集 中 ，设 备
常适 合 钛、铝 等 成本相对适中，
活性 金 属，但 成 热影响区小
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
０ 引 言
快速成型技术（Ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ），也 称“快 速 原 型 制造技术”，首先 基 于 计 算 机 辅 助 设 计 软 件 得 到 的 三 维 离 散 化实体模型，并在成形机的控制下，将材料 进 行 层 层 堆 积，以 降维手段直接生 产 样 件 或 零 件，与 传 统 制 造 技 术 相 反，属 于 增材制造技术。
快速成型技术是 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 后 期 发 展 起 来 的 一 种 高新制造技术，主要用于非金属 材 料 的成 型 制 造，近 年 来，随 着 ＲＰ技术的逐渐成熟，该 技 术 逐 渐 向 快 速 成 形 技 术 （Ｒａｐｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ＲＦ）进行过 渡，以 达 到 实 现 功 能 金 属 零 件 直 接 成 形 的目的。目前，ＲＦ 技术已经引百度文库 了 国内 外的 高 度 重 视，且 各 国政府也不 断 加 大 对 这 项 技 术 研 究 的 力 度 和 支 持，并 在 交 通、医疗、军事、教育等许多行业中都得到了广泛应用 。 ［１］
２ 焊 接 快 速 成 形 国 内 外 研 究 现 状
目前，国内外对焊接快速成形的研究结 合 了 焊 接 快 速 成 形工艺和焊接快速成形系统两个方面。根据不同零件的性 能及材料的特性，选 择 不 同 的 焊 接 方 法 来 制 造 零 件，主 要 有 钨极氩弧焊（ＧＴＡＷ）、熔化极气 体 焊 （ＧＭＡＷ）、等 离 子 弧 焊 （ＰＡＷ）、激光焊（ＬＢＷ）、电子束焊（ＥＢＷ）为热源 的焊接快速 成形技术。
（３）生产成本 低。 焊 接 成 形 零 件 的 废 料 少，焊 材 的 利 用 率达到８０％以上，是一种环保型制造技术；生产原 型零件时， 无需制造模具，节 省 了 生 产 前 的 大 量 投 资，尤 其 在 制 作 形 状 复杂且只需单件或小批量生产的零件时的优势更加明显。
（４）生产效率高。焊接快速成形技术 的 一 个 重 要 特 点 就 是生产效率高。由于焊接快速成形技术建立在自动化生产 柔性的基础上，从 模 型 设 计 到 零 件 加 工 完 成 时 间 大 大 缩 短， 且不需要模具的 加 工 时 间；此 外，成 形 零 件 只 需 要 少 量 的 机 加工。
形尺寸受限
复杂零件 路径的优 化、零 件 尺 寸精度调 控 规 律、零 件性能调 控 技 术、大 型结构件 变 形 控 制、 装备设备 小型化及 专业化研 究、多 种 技 术高度集 成系统开 发、成 形 材 料体系化
２．１ 基于 ＧＭＡＷ／ＧＴＡＷ 的快速成形技术 国外对基于 ＧＭＡＷ／ＧＴＡＷ 的 快 速 成 形 技 术 的 研 究 可
ＸＵ Ｈｕｉｌｉ，ＣＨＥＮ Ｘｉｚｈａｎｇ，ＸＵ Ｇｕｉｆａｎｇ，ＳＡＮＧ Ｊｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｃ－ ａｄｅｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｌｉｔａｒｙ，ｍｅｄｉｃａｌ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏ－ ｔｙｐｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ａｒｇｏｎ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｇａｓ ｍｅｔａｌ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｐｌａｓｍａ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．
中，前３种技术一 般 只 用 于 非 金 属 材 料，随 着 技 术 的 不 断 发 展，也可用于金属的制造，但是仍然存在 着 组 织 致 密 性、尺 寸 精确度、表面粗糙度、力学性能等方面的 问 题，需 要 后 续 一 些 处理来达到某些要求。经研究发现，基于 焊 接 的 快 速 成 形 技 术在一定程度上能够直接达到这些要求，大大 减 少 了 后 续 处 理的工作量，在用 于 直 接 制 造 实 际 生 产 中 的 机 械 零 件 中，体 现出很大的优势。因此，基于焊接的快速 成 形 技 术 引 起 了 国 内外许多科 研 机 构 的 浓 厚 兴 趣，并 成 为 目 前 的 一 个 研 究 热 点。
关键词 焊接 快速成形 增材制造 中 图 分 类 号 ：ＴＧ４７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．０１１．０２０
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
基于 ＧＭＡＷ 的快速成形 技 术 具 有 结 构 简 单、生 产 效 率 高等优点，但是同时也有热输入大、成形 精 度 低 的 缺 点，针 对 这 些 缺 点 ，研 究 者 们 做 了 相 应 的 研 究 来 解 决 这 一 问 题 。
Ｋｏｖａｃｅｖｉｃ Ｒ 等 设 ［１０－１２］ 计 出 全 新 的 脉 动 送 丝 成 形 系 统， 实现了送丝频率 和 焊 接 同 流 同 步，并 对 成 形 工 艺 进 行 改 进， 研究得到一种名为“一个脉冲一滴”的方法，通 过 该 方 法 能 够 更好地控制熔滴 的 大 小、过 渡 速 率 和 热 输 入，以 期 实 现 分 层 制造。国内，杨世彦等 也 ［１３］ 研究 了 脉 动 送 丝 ＧＭＡＷ 快 速 成 形技术，通过多组 单 道 单 层 焊 的 实 验 对 比，最 终 选 用 焊 丝 直 径１．２ｍｍ，送丝速度１．９５～２．１０ ｍ／ｍｉｎ，电流３５～４０Ａ 的 工 艺 参 数 ，较 好 地 成 形 了 圆 形 壁 件 。
根据这项技术的 不 同 特 点，研 究 者 对 它 的 命 名 也 不 同， 如“增材制造技术”、“３Ｄ 打印”、“添 加 层 制 造”、“实 体 自 由 制 造”等。根据不同 连 接 方 式 分 类，主 要 有 粘 结、烧 结、光 固 化 和熔化堆积（焊接）这 ４ 大 类，目 前，研 制 成 功 的 快 速 成 形 技 术有光固化成型 技 术、分 层 实 体 制 造 技 术、熔 融 沉 积 成 型 技 术、选择性 激 光 烧 结 技 术、激 光 熔 覆 近 成 形 等 技 术 。 ［１，２］ 其
１ 焊 接 快 速 成 形 技 术 的 原 理 与 特 点
焊接快速成形技术首先通过计算机进行三维建模或三 维实体扫描 得 到 模 型，并 选 择 在 模 型 某 一 厚 度 方 向 进 行 分 层，得到每一层的 二 维 薄 层 面 的 数 据 文 件，成 形 机 再 依 据 每 层的数据文件，按 照 预 设 的 成 形 轨 迹，通 过 不 同 的 焊 接 方 法 自下而上完成每一层的成形，最终逐层堆积成 实 体 零 件 的 制 造技术。
由于其焊接方法的不同，各成形技术的 特 点 和 适 用 范 围 也存在着一定的差异，表１简单归纳了各技术 的 特 点 并 总 结 了当前焊接快速成形技术的研究焦点。
表 １ 不 同 焊 接 快 速 成 形 技 术 的 特 点
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗｅｌｄｉｎｇ－ｂａｓｅｄ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ
焊接方法 技术特点
适用条件 当前研究焦点
适宜层厚大约
热输入较高， １．５ｍｍ，过低则
ＧＭＡＷ／ 热影响区较大， 会 降 低 成 形 精
ＧＴＡＷ
度；不 适 用 有 阶
设备成本低
梯面或曲率半
径很小的零件
性 价 比 较 高，熔 能 量 集 中 ，热
焊 接 快 速 成 形 技 术 的 发 展 现 状／徐 辉 丽 等
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接成形零件几乎 不 受 尺 寸、质 量 及 复 杂 程 度 的 限 制，自 由 成 形制造；此外，并不 受 场 所 限 制，如 果 运 输 不 便，可 以 在 用 户 现场进行。
（２）技术高度 集 成。 焊 接 快 速 成 形 技 术 是 焊 接 技 术、数 控加工技术、计算 机 技 术 与 材 料 技 术 等 的 综 合 集 成，实 现 设 计制造一体化。
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材料导报 Ａ：综述篇
２０１５ 年 ６ 月 （上 ）第 ２９ 卷 第 ６ 期
焊接快速成形技术的发展现状
徐 辉 丽 ，陈 希 章 ，徐 桂 芳 ，桑 静
（江苏大学材料科学与工程学院，镇江 ２１２０１３）
摘要 焊接快速成形技术是近几十年才发展起来的 新 型 制 造 技 术 ，具 有 高 灵 活 性、低 成 本 和 高 生 产 效 率 等 优 点，在军事、医疗、交通、教育等许多行业都得到了广泛应用。简单介绍了焊接快速成形技术的 原 理 及 特 点，概 述 了 以 钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊为基础的焊接快速成形技术国内 外 的 发 展 现 状 ，指 出 了 焊 接 快 速 成 形 技 术 在 发 展 中 存 在 的 问 题 ，并 就 关 于 成 形 精 度 、成 形 性 能 、成 形 材 料 的 问 题 进 行 了 分 析 。
焊接快速成形技术具有以下特点 ： ［３－６］ （１）高度柔性。焊接快速成形技术 最 突 出 的 特 点 就 是 柔 性好，成形零部件 的 形 状 不 受 专 用 工 具 （或 型 腔 ）的 限 制；焊
徐辉丽：女，１９８９年生，硕士生，主要从事焊接过程数 值 模 拟 分 析 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｉｌｉｘｕ＠１６３．ｃｏｍ 陈 希 章：通 讯 作 者，男，１９７６ 年 生， 博 士 ，副 教 授 ，从 事 机 器 人 焊 接 智 能 化 及 其 系 统 ，增 材 制 造 装 备 与 技 术 研 究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｅｒｎｅｌ．ｃｈｅｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
积层的结合强度 等离子弧 输入相对较小，
较 高，可 以 加 工 设备成本相对低
各种金属材料
激光
能 量 集 中 ，设 备 成本相对高， 热影响区小
成形 效 率 高，能 够实现多材料 或功能梯度材 料零件制造
电子束
高真 空 环 境，非 能 量 集 中 ，设 备
常适 合 钛、铝 等 成本相对适中，
活性 金 属，但 成 热影响区小
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
０ 引 言
快速成型技术（Ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ），也 称“快 速 原 型 制造技术”，首先 基 于 计 算 机 辅 助 设 计 软 件 得 到 的 三 维 离 散 化实体模型，并在成形机的控制下，将材料 进 行 层 层 堆 积，以 降维手段直接生 产 样 件 或 零 件，与 传 统 制 造 技 术 相 反，属 于 增材制造技术。
快速成型技术是 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 后 期 发 展 起 来 的 一 种 高新制造技术，主要用于非金属 材 料 的成 型 制 造，近 年 来，随 着 ＲＰ技术的逐渐成熟，该 技 术 逐 渐 向 快 速 成 形 技 术 （Ｒａｐｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ＲＦ）进行过 渡，以 达 到 实 现 功 能 金 属 零 件 直 接 成 形 的目的。目前，ＲＦ 技术已经引百度文库 了 国内 外的 高 度 重 视，且 各 国政府也不 断 加 大 对 这 项 技 术 研 究 的 力 度 和 支 持，并 在 交 通、医疗、军事、教育等许多行业中都得到了广泛应用 。 ［１］
２ 焊 接 快 速 成 形 国 内 外 研 究 现 状
目前，国内外对焊接快速成形的研究结 合 了 焊 接 快 速 成 形工艺和焊接快速成形系统两个方面。根据不同零件的性 能及材料的特性，选 择 不 同 的 焊 接 方 法 来 制 造 零 件，主 要 有 钨极氩弧焊（ＧＴＡＷ）、熔化极气 体 焊 （ＧＭＡＷ）、等 离 子 弧 焊 （ＰＡＷ）、激光焊（ＬＢＷ）、电子束焊（ＥＢＷ）为热源 的焊接快速 成形技术。