《Materials Science and Engineering: A》：A Novel In-Situ Heating Approach to Improve the Mechanical Performance and Structural Integrity of WAAM-Fabricated Components
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Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)的快速成型能力受制于不锈钢309L部件沿 build方向的机械各向异性，本研究通过同步在位加热系统调控冷却速率和总热输入，显著降低硬度与强度各向异性（17.8%→8.82%），提升延展性38%，使高应力疲劳寿命近乎翻倍，为解决WAAM结构不均匀性提供了新方法。
Ozan Can Ozaner|Abhay Sharma|Tegoeh Tjahjowidodo|Reza Talemi
鲁汶大学工程技术学院材料工程系，De Nayer校区，2860 Sint-Katelijne Waver，比利时
摘要
电弧增材制造（WAAM）在快速制造大型金属结构方面具有显著优势；然而，由于冷却速率的变化以及沿建造方向的累积热输入，该技术不可避免地存在机械各向异性问题。本研究系统地分析了通过WAAM制造的不锈钢309L部件沿建造方向的微观结构和机械性能变化，重点探讨了一种新型原位加热方法对提高机械性能和结构完整性的影响。引入了一种与焊接炬同步工作的新型原位加热系统，以在沉积过程中局部调节冷却速率。微观结构分析表明，传统的WAAM部件在底部区域主要呈现纤维状铁素体组织，在较高位置则转变为骨架状铁素体和颗粒状铁素体。这些微观结构差异导致了明显的硬度和抗拉强度各向异性。原位加热方法有效改变了凝固路径，促进了更有利的铁素体结构的形成，并减少了性能波动。结果，抗拉强度的各向异性从17.8%降低到8.82%，伸长率提高了约38%，高应力下的疲劳寿命几乎翻倍。尽管仍存在与孔隙率相关的问题，但这些发现表明，原位加热为定制热历史、提高机械均匀性以及提升WAAM技术的能力提供了有前景的途径。
章节摘录
1- 引言
与传统增材制造工艺相比，电弧增材制造（WAAM）因其较高的沉积速率、成本效益和可扩展性而在制造大型金属部件方面受到了广泛关注[1]。WAAM能够生产复杂且大规模的结构，同时减少材料浪费并缩短制造周期，使其在航空航天、海事和能源等行业具有很高的吸引力[1]。然而，尽管如此……
实验方法
在本研究中，WAAM制造的奥氏体不锈钢SS309L壁体在两种不同条件下进行制备：传统沉积方式和采用新型原位感应加热辅助的沉积方式。研究目的是探讨在关键冷却阶段控制热输入对制造部件的微观结构和机械性能的影响。为此，进行了详细的材料表征、机械测试、金相分析和断口分析
微观结构和硬度分布评估
通过3D扫描制造出的壁体，确定了拉伸试样、疲劳试样和夏比试样的精确提取位置，即它们所来自的具体层。如表3所示，利用热记录数据确定了相应层的冷却速率以及后续层沉积过程中的t(5/3,cum)值。此外，还量化了各层的铁素体含量
结论
本研究将一种创新的原位加热方法集成到WAAM工艺中，该加热系统与焊接炬同步工作。使用传统WAAM和原位加热WAAM技术制备了SS309L壁体，系统地研究了调节冷却速率和总热量积累对微观结构演变、硬度分布、抗拉强度、疲劳寿命和断裂韧性的影响。研究结果……
作者贡献声明
Tegoeh Tjahjowidodo：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念构思。Reza Talemi：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，方法论。Ozan Can Ozaner：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，可视化处理，验证，方法论研究，概念构思。Abhay Sharma：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，概念构思
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Ozan Can Ozaner是鲁汶大学一项待申请的欧洲专利的发明人，该专利与本手稿中描述的方法和设备相关。其他作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
