增材製造（Additive Manufacturing,AM）技術是基於離散-堆積原理，由零件三維數據驅動，採用材料逐層累加的方法製造實體零件的快速成形技術。該成形方法最大優勢是無需傳統的刀具即可成形、降低工序、縮短產品製造周期，尤其適於低成本小批量產品製造，而且越是結構複雜、原材料附加值高的產品，其快速高效成形的優勢越顯著，在航空航天、生物醫學、能源化工、微納製造等領域具有廣闊應用前景。
面對新型飛行器低成本、高可靠性的要求，其零部件逐漸向大型化、整體化發展。增材製造技術無需模具，可直接低成本一體化製造複雜構件，並有望基於增材製造技術在構型能力上的優勢，進一步優化現飛行器零部件結構，提高結構效率，實現結構輕量化、高性能化。由於簡化或省略了傳統製造中的工藝準備、模具設計等環節，產品數位化設計、製造、分析高度一體化，能夠顯著縮短研發周期和研發成本。
金屬增材製造技術按熱源類型可分為3類：雷射、電子束和電弧。過去20年主要研究以雷射、電子束為熱源的粉基金屬增材製造技術，通過不斷熔化或燒結金屬粉來連續逐層製備複雜結構零部件，現已應用於航空航天、國防軍工、能源動力等高精尖技術領域部分關鍵零部件，但由於其原材料、熱源特點，金屬粉基雷射、電子束增材製造技術在成形某些特定結構或特定成分構件時受到一定限制而無法實現或即使可以成形，其原材料、時間成本很高，具有諸多不足之處：（1）對於雷射熱源，其成形速率慢、鋁合金對雷射的吸收率低等；（2）對於電子束熱源，真空爐體尺寸對構件體積的限制；（3）粉基金屬原材料製備成本較高、易受汙染、利用率低等均增加了原料成本。
基於上述原因，現有的技術成形大尺寸複雜結構件時表現出一定的局限性，為了應對大型化、整體化航天結構件的增材製造需求，基於堆焊技術發展起來的低成本、高效率電弧增材製造技術受到部分學者關注。電弧增材製造技術（Wireand Arc Additive Manufacture,WAAM）以電弧為載能束，採用逐層堆焊的方式製造金屬實體構件，該技術主要基於TIG、MIG、SAW等焊接技術發展而來，成形零件由全焊縫構成，化學成分均勻、緻密度高，開放的成形環境對成形件尺寸無限制，成形速率可達幾kg/h，但電弧增材製造的零件表面波動較大，成形件表面質量較低，一般需要二次表面機加工，相比雷射、電子束增材製造，電弧增材製造技術的主要應用目標是大尺寸複雜構件的低成本、高效快速近淨成形。
本文主要介紹電弧增材製造技術現狀，分析現階段該技術研究的不足之處，探討其可能的發展方向，闡述該技術在大型化、整體化高端航空零部件製造中的應用。
WAAM技術現狀
1WAAM裝備系統：1.1基本硬體構成及特徵
電弧增材製造是數位化連續堆焊成形過程，其基本成形硬體系統應包括成形熱源、送絲系統及運動執行機構。電弧增材製造三維實體零件依賴於逐點控制的熔池在線、面、體的重複再現，若從載能束的特徵考慮，其電弧越穩定越有利於成形過程控制，即成形形貌的連續一致性。因此，電弧穩定、無飛濺的非熔化極氣體保護焊（TIG）和基於熔化極惰性/活性氣體保護焊（MIG/MAG）開發出冷金屬過渡（Cold Metal Transfer,CMT）技術成為目前主要使用的熱源提供方式。
作為由點向三維方向擴展的運動執行機構，其位移與速度、位置的重複定位精度、運動穩定性等對成形件尺寸精度的影響至關重要，目前使用較多的是數控工具機和機器人。數控工具機多作為形狀簡單、尺寸較大的大型構件成形，機器人具有更多的運動自由度，與數控變位機配合，在成形複雜結構及形狀上更具優勢，但基於TIG的側向填絲電弧增材製造因絲與弧非同軸，如果不能保證送絲與運動方向的相位關係，高自由度的機器人可能並不適合，所以機器人多與MIG/MAG、CMT、TOP-TIG等絲弧同軸的焊接電源配合搭建電弧增材成形平臺。在國內外電弧增材相關研究機構的報導中，所採用的成形系統如表1所示。相比TIG、MIG/MAG、PAW等，CMT具有低熱輸入、無飛濺等特點。此外，其送絲運動與熔滴過渡過程可進行數位化協調，在物質輸入方面具有更高的可操控性，可能會成為將來電弧增材製造的主要熱源方式。