WAAM、DED 与 PBF – 重大技术比较

1。简介：金属 3D 打印的选择太多了

金属增材制造的前景多种多样且增长迅速。对于计划启动或想要扩大生产能力的公司来说，出现了一个核心问题：哪种工艺最适合我们的特定应用？

本指南详细比较了三种最重要的工业技术：线弧增材制造 (WAAM)、定向能量沉积 (DED) 和粉床融合 (PBF)。

2。粉床融合（PBF）

粉床熔融（激光或电子束）是工业应用中最古老且使用最广泛的工艺。擦拭器（重涂器）在施工平台上涂抹一层极薄的金属粉末。然后，激光将部件的轮廓熔化到粉末床中。

2.1 PBF的优势

• 几何自由度：由于周围的粉末支撑组件，因此可以打印极其精致和复杂的几何形状（例如仿生晶格结构）。
• 表面质量：PBF 提供所有增材金属工艺中最佳的表面质量（Ra 值通常低于 10 µm）。
• 细度：零点几毫米的壁厚很容易实现。

2.2 PBF的缺点

• 安装空间限制：系统通常仅限于约 100 平方米的安装空间。最大 300x300x400 毫米800 毫米。无法制造更大的组件。
• 速度：逐层构建（层厚为 20-60 µm）非常耗时。
• 材料成本：这种细小的球形粉末的生产成本非常昂贵。

3。定向能量沉积（DED）

在 DED 工艺中，填充材料（粉末或线材）被直接输送到高性能激光器的焦点并熔化。打印头通常由 5 轴机器人或数控机床引导。

3.1 DED 的优势

• 混合生产：DED 可以轻松集成到现有的 CNC 铣床中。这意味着它可以通过加法构建并立即通过减法进行返工。
• 修复和包覆：磨损的工具、涡轮叶片或轴可以修复或覆盖硬磨损保护层。
• 多材料：可以在打印过程中混合粉末，从而产生梯度材料。

3.2 DED 的缺点

• 几何限制：悬垂部分难以打印。空腔或精细的内部冷却通道几乎是不可能的。
• 返工：表面粗糙（“阶梯效应”），95% 的情况需要 CNC 返工。

4。电弧增材制造 (WAAM)

WAAM 基本上是自动化 MIG/MAG 或 TIG 焊接。机器人逐层焊接在一起。原材料为市售焊丝。

4.1 WAAM 的优势

• 沉积速率：WAAM 的沉积速率可达每小时几公斤。这是迄今为止处理大型部件最快的工艺。
• 可扩展性：安装空间仅受机器人触及范围的限制。几米长的组件（例如船舶螺旋桨或桥梁元件）是可能的。
• 成本：焊丝是一种批量生产的产品，其成本通常仅为特种增材制造粉末价格的十分之一。工厂投资也相对较低。

4.2 WAAM 的弱点

• 热输入：巨大的热输入会导致高内应力和变形，这需要复杂的过程控制，并在必要时进行后续热处理。
• 分辨率：WAAM 打印粗糙结构。近净形状的毛坯件总是必须经过大量的机械加工才能获得最终的轮廓。

5。直接比较

<表> <标题> 标准 PBF DED WAAM <正文> 主要应用 小型、高度复杂的系列 混合生产、维修 大型、重型结构部件 构建率 低（0.1 - 0.5 千克/小时） 中（0.5 - 2.5 千克/小时） 非常高（2 - 10+ 千克/小时） 最大。安装空间 紧凑型（< 1 m） 中型到大型 非常大（几米） 细节水平和分辨率 非常好 中 粗略（近净形状） 材料成本 非常高（特殊粉末） 高（粉末/线材） 低（标准线）

6。买家和工程师的决策矩阵

要选择正确的技术，您应该问自己以下关键问题：

1. 组件有多大？
   它能装入边长为 400 毫米的立方体吗？ -> 检查PBF。长2米吗？ -> WAAM。
2. 组件是否需要复杂的内部结构（例如冷却通道）？
   如果是这样，PBF（或粘合剂喷射）通常是唯一的选择。
3. 是为了修复昂贵的现有组件吗？
   DED（激光金属沉积）就是为此而生。
4. 原材料成本在大批量生产中发挥着关键作用吗？
   WAAM 在材料效率和大批量 TCO 方面远远优于粉末工艺。