大規模金屬增材製造：對技術現狀和挑戰的整體回顧（2）

江蘇鐳射聯盟導讀：

本研究回顧了大規模工業機器人增材製造的技術、材料和方法，討論了各種材料增材製造的優缺點。本文為第二部分。

關鍵詞： 增材製造、大型氣體金屬弧焊、鐳射直接能量沉積

2.4.1.鋼

鋼材因其高強度、高韌性和低成本而廣泛應用於各種工業部門。

對鋼的AM進行了廣泛的研究，尤其是WAAM。值得一提的有：ER70S-6、304不鏽鋼、308L不鏽鋼和AISI 420不鏽鋼。

304不鏽鋼

在316L奧氏體不鏽鋼的情況下，據報告，與鍛造零件相比，LDED製造零件具有更高的硬度、屈服應力和抗拉強度以及更低的伸長率。

機械效能的這些差異歸因於與鍛造鋼相比，LDED製造鋼的臂間距更細。LDED製造的316L不鏽鋼的晶粒結構高度依賴於工藝引數，其中晶粒透過增加功率密度和降低掃描速度變得更粗。據報道，透過GMAW-AM製造的316L不鏽鋼具有更高的硬度和UTS，但伸長率低於鍛鋼。GMAW-AM製造的316L不鏽鋼的組織和力學效能取決於電弧模式。當噴射轉移模式被短路轉移模式取代時，可獲得更細的晶粒尺寸（從而獲得更高的強度和硬度）。

這是因為短路的熱輸入比噴淋傳輸模式低，從而導致更快的冷卻速度。

17-4 PH馬氏體不鏽鋼

AM中另一種常見的鋼級是17-4 PH馬氏體不鏽鋼。

然而，與DED相反，大部分工作都是在粉末床方法上進行的。與所選AM工藝相關的高冷卻速率限制了高溫下δ-鐵素體向γ-奧氏體的轉變，因此在室溫下仍保留一定數量的δ-鐵素體。

AM製造的17-4 PH不鏽鋼通常在板條馬氏體基體中表現出枝晶間δ鐵素體的枝晶顯微結構。

已經證明，必須使用17-4的PTA-AM進行適當的遮蔽，以防止製造過程中的層間氧化。

Caballero等人使用GMAW-AM技術從金屬絲原料中製備了17-4PH不鏽鋼。他們報告說，減少系統的熱輸入會提高凝固速度，進而增加竣工微觀結構中的殘餘奧氏體數量。此外，與鍛造17-4 PH不鏽鋼相比，竣工零件具有更低的屈服應力和UTS。

然而，暴露於溶液和時效熱處理後，其屈服應力和UTS顯著增加，與鍛造合金相當。

Adeyemi等人研究了鐳射功率對LDED製造的17-4 PH不鏽鋼微觀結構的影響。他們在高鐳射功率下觀察到了粗糙的微觀結構，這是由於高鐳射強度，因此冷卻速度較慢。在另一項研究中，Martina等人使用串聯GMAW焊炬，用17-4 PH不鏽鋼絲製作牆壁。他們報告說，

隨著送絲速度的增加，沉積壁的強度和硬度下降，這歸因於晶粒尺寸的增加。

不同加工引數下L-DED打造316L不鏽鋼單掃描軌跡SEM顯微圖：（a-d）掃描速度；粉進料速度；鐳射能量

在DED裝配鋼零件中，微觀結構和機械效能的各向異性都非常重要。

微觀結構晶粒和樹枝晶優先沿著具有最高熱梯度的構建方向定向。

因此，對於構建方向平行於變形方向的垂直定向零件，與拉伸方向垂直於構建方向的水平定向零件相比，存在較少的晶界。由於晶界在變形過程中起著阻礙位錯運動的作用，垂直取向部分的位錯積累比水平取向部分少。

因此，與水平方向部件相比，垂直方向部件表現出較低的拉伸強度，但較高的延伸率。

LDED製造的304L不鏽鋼、WAAM製造的304L不鏽鋼、LDED製造的316L不鏽鋼、WAAM製造的316L不鏽鋼、WAAM製造的H13工具鋼和WAAM製造的17-4 PH不鏽鋼的機械效能存在各向異性。

圖6 WAAM製造304L不鏽鋼垂直方向（L1、L2和L3）和水平方向（T1、T2和T3）的拉伸圖。

例如，零件方向對WAAM製造304L不鏽鋼拉伸效能的影響如圖6所示。垂直方向件（L1、L2和L3）的平均屈服應力為231 MPa， UTS為622 MPa，伸長率為88。1%。然而，據報道，水平方向零件（T1、T2和T3）的平均屈服應力、UTS和伸長率分別為235 MPa、678 MPa和55。6%。對於大多數工業應用，裝配零件需要表現出均勻的機械效能。因此，A

M鋼零件機械效能的各向異性是一個挑戰。

為了解決這個問題進行了幾項研究。Wu等人研究了透過快速冷焊AM製造的316L不鏽鋼部件機械效能的各向異性。他們觀察到，透過降低掃描速度和增加冷卻時間，各向異性顯著降低。這歸因於冷卻速率的降低。Wang等人報告，WAAM製造的H13鋼在830℃下退火4小時後，其機械效能變得各向同性。在另一項研究中，Fu等人採用WAAM和微軋製相結合的方法消除了貝氏體鋼機械效能的各向異性。

這種混合技術的完全等軸晶粒結構導致各向同性機械效能。

2.4.2.鈦合金

鈦合金因其高強度重量比而廣泛應用於航空航天工業。

鈦合金的同素異形性質，除了與AM技術相關的高溫熱迴圈外，還考慮了各種微觀結構，因此也考慮了機械效能。此外，由於鈦合金的可加工性差，具有複雜幾何形狀的鈦部件無法使用傳統制造技術輕鬆製造。Ti的低導熱性導致加工過程中散熱不良，導致表面質量和精度較差，並降低了加工刀具壽命。

這些因素使鈦合金成為AM有吸引力的候選者

。Ti–6Al–4V（Ti64）合金包含hcpα相和bccβ相的同素異形顯微結構，是所有金屬合金中製造最廣泛的合金。AM製造的Ti–6Al–4V合金比鑄造和鍛造等傳統制造技術具有更高的強度，但延展性較低。這可以透過與所選AM技術相關的高冷卻速率形成α′-馬氏體來解釋。AM製造的Ti–6Al–4V部件的延展性可以透過採用熱處理來提高，但代價是降低材料的整體強度。

不同工藝引數下（a） L-PBF［90］、（b，c） L-DED和（d-f）鐳射焊接［83］鋼的熔池形貌變化。（a）中顯示的數字表示熔池對應的鐳射功率（W）。

Zhai等人使用高功率鐳射器製造Ti-6Al-4V元件，結果獲得了建造時的UTS和伸長率分別為1042MPa和7%。使用GMAWand脈衝等離子弧AM製造的Ti–6Al–4V合金具有類似的機械效能。這些發現可以透過微觀結構的相似性來解釋，在微觀結構中，觀察到細小的針狀α′-馬氏體和少量的α+β片晶。對於LDED，當鐳射功率從780降低時 W至330 W、 α′-馬氏體和α+β片晶的混合微觀結構被完全馬氏體微觀結構所取代。這是由於鐳射功率降低導致冷卻速度加快所致。

微觀結構變化導致UTS從1042提高到1103 MPa，但伸長率從7%下降到4%。

在DED製備的鈦合金中，沿構建方向的柱狀晶粒和β<001>的強晶體學織構導致各向異性微觀結構。微觀結構的各向異性導致機械效能的各向異性。通常，水平製造的零件比垂直製造的零件具有更高的屈服應力和UTS，但伸長率較低。對於LDED製造的Ti–6Al–4V合金、LDED製造的TC21合金、LDED製造的TA15合金和WAAM製造的Ti–6Al–4V合金，已經觀察到這種行為。各向異性機械效能可以透過獲得具有隨機晶體取向的等軸晶粒結構來消除。透過使用沉積層之間的層間軋製，在AM期間新增晶粒細化元素，透過改變工藝引數（例如，增加送粉速率和降低鐳射能量密度）和應用後處理熱處理的方式，可以實現這種微觀結構。

這些程式可以將DED預製鈦合金的應用擴充套件到需要在各個方向上表現出均勻機械效能的部件中。

2.4.3.鋁合金

鋁合金具有高強度、低密度、良好的延展性和耐腐蝕性，是工程構件中應用最廣泛的有色金屬合金。

鋁合金的增材製造比鋼和鈦合金更具挑戰性，因為它們具有高導熱性。因此，在調幅期間，需要增加不同熱源的功率，以防止快速散熱。當熱源是鐳射束時，這種情況尤其普遍，因為鋁合金具有高反射率。反射鐳射可能會損壞光學系統，這可以透過向鐳射頭引入短z軸傾斜來抵消。

熱源功率的增加會導致某些合金元素（如鋅和鎂）在製造過程中蒸發，從而由於氣體截留而產生孔隙。

這限制了AM可以製造的鋁合金的範圍。鋁還在原料材料上形成一層強的被動氧化層，降低了製造過程中熔體的潤溼性。存在較大的凝固範圍是限制鋁合金AM的另一個因素。合金元素在凝固過程中的偏析降低了晶界的熔化溫度，形成了一層液膜。鋁的高熱膨脹引起的熱應力可導致晶界沿晶斷裂，導致熱裂紋。已經證明，矽的加入透過減小凝固範圍、增強流動性和降低熱膨脹係數來降低熱裂紋的敏感性。

此外，它形成了一種精細的低熔點共晶結構，可以回填裂紋並增加晶介面積，防止裂紋擴充套件。在鋁合金中，AlSi10Mg是最廣泛使用的AM製造合金，儘管也研究了其他合金，如Al 5356和Al 4043。該合金為亞共晶鋁矽合金，成分接近共晶。

少量鎂的存在(≈1wt.%）使該合金可透過Mg22Si沉澱進行時效硬化。

AlSi10Mg合金的機械效能主要取決於共晶相的形態和尺寸。澆鑄過程中冷卻速度越慢，晶胞結構越大，胞間矽顆粒越大。較大的Si顆粒作為裂紋萌生點，很容易透過較大的細胞結構傳播，導致強度低和延展性差。然而，

具有高凝固速率的AM技術可以細化共晶相，從而提高合金的機械效能。

2.4.4鎳合金

鎳合金因其在高溫下的高強度和抗氧化性而廣泛應用於燃氣輪機發動機、核反應堆、火箭發動機、潛艇和航天器

。在選定的AM技術中使用了各種鎳合金，包括Inconel 625（In625）、NiCrBSi合金、Inconel 718（In718）和Ni–Fe–v合金。AM製造的Inconel 718通常產生FCCγ的枝晶結構，Nb和Mo偏析到枝晶間區域，其特徵是形成Laves相（（Ni，Cr，Fe）2（Nb，Mo，Ti））。

Laves相的存在透過耗盡Nb基體抑制γ（Ni33Nb）的形成，γ（Ni33Nb）是In718優異機械效能的主要貢獻者。

與鑄態Inconel 718相比，

與AM相關的快速冷卻速度導致更精細的微觀結構和更少的偏析，從而產生類似或略優的機械效能。

由於缺乏沉澱強化和沉積過程中缺陷的積累，與鍛造的鉻鎳鐵合金718相比，建成AM鍍層的效能較差。這可以透過熱處理或熱等靜壓（HIP）進行補救。

採用脈衝等離子弧(PPA) AM製備的Inconel 625高溫合金的屈服應力、UTS和伸長率分別為438 MPa、721 MPa和49%。

透過GMAW-AM技術製造的同一高溫合金具有類似的機械效能。

這些機械效能大於鑄態Inconel 625高溫合金的機械效能。這可以透過在AM-Build Inconel 625高溫合金的微觀結構中觀察到更細的樹枝晶和沉澱來解釋。然而，PTA-AM或GMAW-AM製造的Inconel 625的屈服應力和UTS不如鍛造Inconel 625的屈服應力和UTS高。這可歸因於變形高溫合金的細等軸晶粒結構。據報道，

LDED製造的Inconel 625高溫合金具有較高的屈服應力（540 MPa），但UTS較低（690 MPa）和延伸率（36%）高於鍛造高溫合金。

2.4.5.鎂合金

鎂合金是最輕的工程金屬，其密度約為1.74gcm−3，顯著低於鋼、鈦合金和鋁合金。

雖然鎂合金的應用由於其低耐腐蝕性和較差的機械效能而受到限制，但其生物相容性和彈性模量可與人類骨骼相媲美，使其成為具有吸引力的生物醫學應用的候選材料。此外，鎂合金廣泛用於製造可溶解井下工具，這需要較高的比強度和腐蝕速率。

由於鎂合金在室溫下的主動滑移系統有限，以及在高溫下的高氧化速率，透過鍛造和擠壓等成形工藝製備鎂合金的方法受到了限制。

此外，鎂合金的鑄造不允許製造具有複雜幾何形狀或獲得良好機械效能所需的精細微結構的零件。因此，AM技術正在探索以鎂合金獨特的微結構和高效能為目標。Guo等人使用GTAW-AM方法用AZ80M合金線製備了單道多層壁。初建組織主要由α-Mg和β-Mg17Al12組成，少量的Al2Y相。這種相組合是典型的變形AZ80M鎂合金。GTAW-AM製備的AZ80M合金的機械效能與鍛造樣品無顯著差異。

在另一項研究中，Guo等使用GTAW-AM技術，利用不同的脈衝頻率（從1到500 Hz），用AZ31合金導線製作了全密實元件。當脈衝頻率為5或10 Hz時，晶粒結構最好，機械效能也最好。GMAW-AM工藝也用於AZ31B合金線材的製造。據報道，預製件中孔隙的尺寸和體積分數都顯著低於壓鑄鎂合金中的孔隙。與鍛造合金相比，GMAW-AM製備的AZ31B合金具有更高的伸長率，但屈服應力較低。然而，GMAW-AM製備的AZ31B合金的UTS與鍛造合金的UTS相當。

2.4.6.銅合金

銅和銅合金由於其高導電性和導熱性，被廣泛用於製造散熱器、電線、模具刀片、母線、冷卻部件和電動機。

增材製造允許用銅製造複雜的幾何形狀，如內部冷卻通道，同時減少所需材料和縮短製造週期。然而，在AM製備的銅件中，尺寸精度較差，且存在顯著的孔隙。這些問題的原因是由於銅的高導熱性導致了AM期間的快速散熱。因此，

使用選擇的AM技術製造銅元件的研究有限。

Dong等人在Cu–9等 鋁部件使用GTAW-AM，其中單獨的純銅和鋁導線被送入一個熔體池。GTAW-AM的快速凝固導致了在構建條件下主要由Cu9Al4和CuAl2金屬間化合物組成的組織。預製件的均質熱處理減少了金屬間相的數量，提高了屈服應力、UTS和伸長率。在另一項研究中，Shen等人使用多軸GMAW-AM技術製備了Cu-Ni-Al部件，並將其與傳統鑄造的相同部件進行了比較。AM製備的顯微組織中k相的體積分數較低，但金屬間相的含量較高。這是由於與GMAW-AM過程相關的高冷卻速率抑制了共析反應。

圖2 採用大型機器人AM技術的公司示例（a）由相對論空間公司製造的火箭噴嘴［42］和（b）由MX3D製造的序列機械手元件

2.4.7鈷鉻合金

鈷鉻合金具有優異的耐磨性、高溫硬度、耐腐蝕性和生物相容性。它們廣泛用於切削工具、燃氣輪機、內燃機、外科假肢和機關槍槍管。然而，它們的高硬度和低導熱係數在切削過程中迅速提高了它們的溫度，使這些合金非常難以加工。因此，

AM是製造Co-Cr零件的一個很好的候選材料。

AM製備的組織主要由共基體枝晶和枝晶間共晶組成，與鑄態組織相似。

然而，AM構件的枝晶分支和共晶結構都明顯優於鑄造構件。這可以解釋為選擇的AM技術相比鑄造顯著更高的冷卻率。由於AM零件的凝固組織較細，枝晶間共晶碳化物大多為片層形貌。這與通常在鑄造組織中觀察到的粗塊狀共晶碳化物形成對比。這就解釋了AM部件與鑄件相比具有更高的硬度、屈服應力和UTS。然而，與變形Co-Cr合金相比，AM製備的Co-Cr合金的碳化物體積分數和硬度值相當。

此外，據報道，

AM部件在幹砂/橡膠輪試驗條件下的耐磨性低於鍛造件。

這是由於AM沉積的層狀碳化物形成了一個連續的網路，在磨損測試中很容易被移除。通過後處理熱處理可以提高AM Co-Cr合金的機械效能和耐蝕性。據報道，在不進行時效處理的情況下，對預製構件進行固溶熱處理，可獲得硬度、耐磨性和耐腐蝕性的最佳組合。

2.4.8.鎢合金

鎢及其合金因其熔點高、熱膨脹係數低、抗拉強度高、抗蠕變效能好，被廣泛應用於許多高溫應用領域，如準直儀、電弧焊電極、火箭噴嘴和高溫爐中的加熱元件等

。然而，它們的室溫低延性和高的韌脆性轉變溫度限制了它們的製備能力。粉末冶金（PM）技術通常用於製造鎢件。然而，由於模具/模具幾何形狀的限制，用粉末冶金技術製造複雜幾何形狀的零件具有挑戰性。此外，由於鎢合金熔點高，氣孔是粉末冶金製品中常見的缺陷。

因此，AM可以被認為是製造具有複雜幾何形狀的全密集W元件的有前途的候選人。Marinelli等人利用一種前端送絲方法，採用GTAW-AM技術，用純W線製造無缺陷零件。據報道，晶粒結構和結構缺陷（如氣困孔、鎖孔和未融合）的數量都高度依賴於送絲的方向。在另一項研究中，Zhong等人使用LDED技術從純W和W - ni粉末中製備準直元件。沉積後的零件微觀結構中未觀察到裂紋或孔隙。Fe和Co的加入提高了LDED W-Ni合金的抗拉強度和伸長率。

計算機渲染顯示相對論空間的火箭人族從卡納維拉爾角的LC-16發射臺發射。

2.4.9.缺陷

本節將重點討論由於缺陷與材料或沉積系統之間缺乏相關性，在不同沉積技術中發現的Ti-6Al-4V鍍層中的缺陷。

發現的缺陷是典型的各向異性組織，孔隙率，熱殘餘應力，缺乏熔合和開裂。這些缺陷在LDED， GMAW， GTAW， PTA和EB鍍層中發現。消除這些缺陷是一個挑戰，將需要克服之前完全商業化的AM，特別是大型零件。

一些正在探索的補救方法是HIPing，熱軋，噴丸和冷加工。

3.製造平臺

本節介紹了在第2節中討論的在文獻中常見的AM技術的各種考慮的製造平臺

。在本文中，AM製造平臺被認為是能夠攜帶、平移和可能重新定向沉積系統（如鐳射熔覆頭或GMAW焊槍）的任何驅動機械平臺，並具有所需的精度。或者，該系統可以被設計為平移和重新定位印刷元件的基板，或者是基板的重新定位和沉積系統的平移的組合。

平臺可以程式設計進行沉積軌跡，包括沉積系統的完整整合，其中引數可以調整，沉積可以啟用和關閉。

這一節中介紹了各種系統型別的審查，以及大規模金屬AM評估。表4列出了本節涉及的平臺型別及其優缺點。無支撐列印是上述平臺在製造過程中重新定位元件的能力，以充分實現多向沉積，這允許透過重新對齊列印方向與重力向量無支撐列印。

本節所討論的系統僅限於能夠多向沉積的系統。

需要注意的是，每個參考出版物的資料列在表5中。不過，Mg， Cu， Co-Cr和鎢合金在任何參考著作中都沒有提及，也不會被包括在內。

表4 對各種製造平臺型別進行了總結和比較。

表5 在第3節中討論的各種作品中使用的材料樣本。

Anzalone等人、Nilsiam等人和Lu等人等人引入了開源製造平臺，該平臺的基板由一個平行機構驅動，允許5自由度（DOF）運動，從而實現多方位沉積。基板可以在所有三個方向（x， y和z平面）平移，並圍繞兩個水平座標旋轉。然而，

當使用所提出的系統製造樣品元件時，旋轉能力沒有被利用。

在每個系統中，沉積系統（GMAW）被剛性地安裝在驅動基板之上。

圖7 具有多方向沉積能力的AM平臺示例：（a）一個5軸WAAM平臺，（b）一個基於平行機構的WAAM系統，（c）一個6軸機器人聚合物AM平臺，（d）一個8軸機器人LDED平臺，（e）一個協同多機械手平臺。

Anzalone等人提出的系統如圖7（b）所示。就所使用的硬體規模和型別而言，每個系統都具有很高的成本效益。然而，這些系統有一個有限的建造體積和重新定位的角度，使他們不適合更大的部分。另一個限制是有效載荷可擴充套件性的限制，因為構建板的驅動系統承載了整個構建的重量。

在文獻中發現的另一種能夠實現5軸AM的系統型別是標準數控銑削系統，該系統採用了沉積系統，如GMAW或LDED包層頭，分別在2。1節和2。3節中介紹。數控銑床現有的工藝規劃和計算機輔助製造（CAM）基礎設施可以與這些沉積系統整合，使其成為一個受歡迎的工業選擇。這一建立的管道的技術將是重要的流線型商業5軸AM系統，特別是一個有限的尺寸的元件。

Panchagnula等人在他們的數控銑削系統的刀具主軸的一側安裝了一個GMAW焊炬，使其可以在三維平面上移動。此外，數控銑削系統配備了一個2軸定位器（見圖7a），使基板可以傾斜和旋轉。自由度的組合允許多向沉積，因此可以製造無支撐元件。Tabernero等人和Calleja等人推出了另一個五軸金屬AM平臺，其中的數控銑削系統採用了鐳射熔覆系統，具有與Panchagnula等人相似的能力。

除了上述5軸平臺，

還有商用的5軸混合動力金屬AM平臺，如Mazak INTEGREX i-400 AM和DMG Mori LASERTEC 65 3D混合動力。

這兩個平臺都配備了一個LDED沉積系統和一個刀具主軸。一個元件是首先製造，或一個功能是透過AM新增到一個現有的元件。最終完成的部件或特徵，然後透過銑削表面，以一個精確的尺寸。

這種加法和減法制造的組合在行業中越來越受歡迎，因為缺少幾何約束的AM加上減法制造提供的表面公差。

這提供了目前單獨使用任何一種技術都無法實現的獨特功能。

Wu等人和Dai等人首先介紹了另一個可能用於金屬AM的平臺，如圖7（c）所示。該平臺由6軸串聯機械手和在該機械手上方剛性安裝的沉積系統組成。所述基板安裝在機械手的工具法蘭上，可進行自由度移動，實現多向沉積。雖然Wu和Dai等人都將聚合物擠出機作為沉積系統，但簡單的修改可以使其與第二節介紹的金屬沉積系統相容。這個命題的一個固有的限制是，元件的大小被限制到機械手的最大有效載荷，可能限制了大型金屬部件的可伸縮性。

一個更適合的金屬AM製造平臺使用一個大規模的序列機械手來攜帶沉積系統（6 DOF），而元件是在一個兩軸定位器（2 DOF）上製造的，這樣整個系統提供8 DOF。這些系統與前面介紹的基於平行、基於5軸龍門和基於6軸機械手的平臺相比有很多優點。與5軸系統相比，當6軸機械手攜帶沉積系統時，沉積頭的方向可以在所有三個旋轉方向上改變。

這種改變方向的能力也促進了切向連續性，允許更平滑的表面拋光，並最佳化材料進入熔體池的角度，同時保持與重力向量的對齊，以實現多向沉積。例如，在基於gmaw的沉積過程中，特定的拉拽角度可以幫助實現所需的珠粒幾何形狀。

自20世紀80年代以來，焊接複雜曲面輪廓的另一個顯著優勢是8軸機械手和定位器組合的冗餘性。

在運動學系統中，冗餘是指當自由度大於完成所需的自由度時。因此，冗餘意味著運動學優勢，如增強的相對可達性和靈巧性之間的加工部件和沉積系統。

L-PBF （a）和L-DED （d）工藝示意圖。

機械手與定位器之間的協調運動具有以下優點:減少執行時間，增加運動最佳化和避碰的靈活性，最大化機械手的工作空間，以及利用光滑路徑跟蹤光滑拐角的能力。

一般來說，機械手/定位器組合已用於焊接應用超過30年。因此，使用這些平臺進行DED沉積是機器人研究的自然延伸，之前的研究可以無縫地利用。

Dwivedi等人提出了在DED中使用8自由度系統的第一個例子，其中徑向部件使用多向沉積技術製造。作者使用一種基於粉末的LDED系統用於金屬沉積安裝在機械手的工具法蘭上。Ding等人（見圖7d）和Zheng等人提出的等效平臺也使用基於粉末的LDED作為沉積系統。Ding等研究了將6軸機械手與2軸定位器進行增強，共8自由度進行多向沉積，如圖7d所示。

在製造螺旋槳時，作者消除了對支撐結構的需要，它包括一個核心體（軸）和徑向懸垂特徵（螺旋槳葉片）。這種元件很難用傳統的減法制造。利用基於弧焊沉積技術的平臺與8軸運動平臺相結合的研究較少，而不是基於焊錫沉積技術的平臺。Ma等人使用這樣一個平臺進行鋁的實驗試驗。此外，在阿爾伯塔大學和加拿大埃德蒙頓的InnoTech的合作中，本研究的作者已經使用了一個機器人大規模WAAM平臺（如圖1所示），目前正在進行針對最佳化沉積引數的引數識別的初步研究。

機器人大規模金屬AM的一個有趣的擴充套件是使用多個移動機械手，每個攜帶一個沉積系統。Zhang等人已經在土木工程領域對使用AM製作混凝土構件的平臺進行了研究。研究人員提出了一個由兩個6軸機械手組成的平臺，每個機械手由一個完整的移動平臺進行移動，每個機械手的工具法蘭上都安裝了一個混凝土沉積噴嘴（見圖7e）。

完整的移動平臺可以在不改變平臺方向的情況下向任意方向(側向或向前)移動，這意味著機械手可以以最佳的時間和軌跡到達製造空間中的任意位置。

Zhang等人發現，

該平臺最顯著的優勢是能夠製造比一個機械手所能達到的範圍更大的部件。

平臺的移動性擴充套件了每個機械手的使用範圍，顯著提高了製造的可擴充套件性和持續時間。透過增加系統中移動機械手的數量，可以提高系統的可擴充套件性。相關的研究挑戰包括機器人定位、多機器人協調（如群體智慧）和無碰撞運動規劃，以及機器人放置精度和最佳化。雖然Zhang等人提出的平臺不具備多向沉積的能力，但為了便於多向沉積，可以在多機械手平臺上增加大規模多軸定位系統。

參考文獻：Ngo TD， Kashani A， Imbalzano G， Nguyen KT， et al。Additive manufacturing（3D printing）： a review of materials， methods， applications and challenges。 ComposPart B： Eng。 2018；143：172–196。，ASTM International， “Additive Manufacturing –ASTM International” p。1， 2017。 ［Online］。Available： www。astm。org/industry/additivemanufacturing-

未完待續

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