自20世紀(jì)初以來(lái)什黑，焊接一直是制造業(yè)不可或缺的一部分。利用電技術(shù)的發(fā)展已使最常見(jiàn)的電弧焊方法（TIG，MIG和棒焊）廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)廷蓉。所有這三種電弧焊方法都依靠可消耗或不可消耗的電極通過(guò)沉積熔化的金屬或熔化目標(biāo)金屬本身來(lái)連接金屬。電弧焊用于汽車(chē)马昙，建筑和航空航天行業(yè)桃犬。

圖1.棒焊圖，顯示：1.涂層流量行楞； 2.棒攒暇； 3.保護(hù)氣； 4.熔合子房； 5.基礎(chǔ)金屬形用； 6.焊接金屬；以及7.凝固的爐渣证杭。圖片可在公共領(lǐng)域獲得田度。

然而，增材制造（AM）是一項(xiàng)更年輕的技術(shù)解愤。盡管在1970年代和1980年代開(kāi)發(fā)了早期技術(shù)镇饺，但直到2010年代才充分意識(shí)到3D打印的潛力。最初送讲，3D打印僅用于制造原型或低保真模型戏喊，但它已經(jīng)演變?yōu)橹圃旄鞣N醫(yī)療級(jí)別的零件。

焊接和增材制造在主題上相似拭牌。MIG焊接尤其類(lèi)似于3D打印篡前，因?yàn)樵诤附訒r(shí)會(huì)沉積金屬電極户克。實(shí)際上，MIG焊接已用于通過(guò)逐層沉積金屬來(lái)增材制造金屬物體泡愉。

在本文中输僻，我們將討論焊接技術(shù)如何在3D打印領(lǐng)域中提供信息，改進(jìn)和創(chuàng)新锄灾。

控制3D打印微結(jié)構(gòu)

對(duì)于焊接春庇，控制熔合區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于形成良好的焊接至關(guān)重要。形成不良的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)降低機(jī)械阻力和/或?qū)е虏涣嫉母飨虍愋愿才Ｓ袔追N在焊接時(shí)微調(diào)結(jié)構(gòu)的方法猜逮，其中一些方法可轉(zhuǎn)移到3D打印中。

焊接微結(jié)構(gòu)可以通過(guò)熱源操縱煞陵，化學(xué)成分和焊接參數(shù)校準(zhǔn)來(lái)控制照菱。熱源操縱對(duì)于焊接和3D打印都至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懗练e和/或熔化的材料數(shù)量航邢。熱源可以是脈沖式或連續(xù)式耕赘，可以通過(guò)電子方式控制幾個(gè)不同的參數(shù)。如果是脈沖膳殷，則可以控制脈沖的幅度操骡，頻率和占空比。

圖2.將脈沖焊接電壓的占空比從50％增加到75％赚窃。

這些參數(shù)直接轉(zhuǎn)移到3D打印册招。沉積塑料或金屬的噴嘴也可以通過(guò)電子方式控制，因此可以微調(diào)幅度勒极，頻率和占空比是掰，以實(shí)現(xiàn)更好的材料沉積。與手動(dòng)焊接相比辱匿，在3D打印中也可以以更高的精度調(diào)整熱源的移動(dòng)速度冀惭，所有這些參數(shù)的相互作用對(duì)于良好的打印至關(guān)重要。

在焊接中掀鹅，電極散休，氣體和填充劑的化學(xué)成分都是至關(guān)重要的。實(shí)際上出蛾，某些反應(yīng)性金屬（如鋁和鈦）無(wú)法使用某些方法進(jìn)行焊接促讶。調(diào)整操作程序也會(huì)影響最終結(jié)果。焊接功率掏躬，速度和冷卻必須精心設(shè)計(jì)侮捷。這些參數(shù)中的每一個(gè)都影響融合區(qū)的微結(jié)構(gòu)如何熔化和固化。

同樣续疲，對(duì)于增材制造偶画，塑料或金屬化學(xué)的選擇至關(guān)重要堵生。一些聚合物或合金可能無(wú)法打印，而另一些聚合物或合金可能太軟而無(wú)法在打印時(shí)保持其結(jié)構(gòu)完整性祟期。此外钾士，必須針對(duì)不同的材料調(diào)整噴嘴的移動(dòng)和加熱，這些設(shè)置將影響最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能希弟。

圖3.更改單個(gè)3D打印過(guò)程參數(shù)（晶格厚度）可能會(huì)導(dǎo)致明顯的屬性差異应揉。圖片由Wikimedia提供。

參數(shù)優(yōu)化

作者Oliveira等洞枷。討論確定AM參數(shù)的嚴(yán)格數(shù)學(xué)框架诺舔。他們?cè)谡撐闹杏懻摿巳绾蝺?yōu)化工藝參數(shù)，例如功率备畦，移動(dòng)速度和孵化距離低飒。每個(gè)參數(shù)都沒(méi)有一個(gè)最優(yōu)的值，而是存在一個(gè)最優(yōu)的參數(shù)空間懂盐，其中不同的參數(shù)組合可以產(chǎn)生相同的無(wú)缺陷結(jié)果逸嘀。例如，同時(shí)降低功率和移動(dòng)速度將使熱量輸入速率保持恒定允粤。

Oliveira等。還討論了確定3D打印的一些關(guān)鍵數(shù)量的三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)翼岁，即填充距離和熔化半徑类垫。可以基于融化半徑通過(guò)“幾何準(zhǔn)則”得出艙口距離琅坡，并且融化半徑可以通過(guò)能量準(zhǔn)則或熱準(zhǔn)則來(lái)確定悉患。他們?cè)谕茖?dǎo)這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)滿(mǎn)足了他們的假設(shè)，并提供了具有實(shí)驗(yàn)價(jià)值的圖表榆俺。

重要要點(diǎn)

焊接和增材制造是姐妹技術(shù)售躁。焊接的歷史要悠久得多，因此扯殴，隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展缰鹏，我們可以將一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)轉(zhuǎn)移到3D打印中，以避免重復(fù)同樣的錯(cuò)誤鬓惶。尤其是榄路，焊接/印刷現(xiàn)場(chǎng)的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于最終產(chǎn)品至關(guān)重要，因此在調(diào)整所有相關(guān)參數(shù)（例如功率庞炕，運(yùn)動(dòng)和化學(xué)成分）時(shí)必須格外小心心篡。

（白令三維）

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