La produzione additiva ad arco lineare appartiene alla categoria della stampa 3D a deposizione diretta di energia. La tecnologia DED è una tecnologia di stampa 3D in metallo che prevede la deposizione di materiali metallici in polvere o in forma lineare tramite un ugello montato su un braccio multiasse. Una fonte di energia focalizzata, ad esempio un laser, un fascio di elettroni o un plasma, viene utilizzata per fondere il materiale mentre viene utilizzato per costruire la parte strato dopo strato. Nel caso di WAAM, l'arco viene utilizzato come fonte di calore, ispirandosi alla saldatura ad arco.
La tecnologia WAAM si basa sul principio di varie tecnologie di saldatura automatica che utilizzano sistemi robotici: gas inerte metallico o gas attivo metallico, gas inerte di tungsteno o filo per saldatura ad arco plasma. Esiste anche il processo di saldatura a trasferimento di metallo a freddo, derivato dal MIG, creato da Vonens nel 2004. Tutti i tipi di metalli sono compatibili con WAAM. Questi includono leghe di titanio, alluminio, nichel e acciaio.
Come con altri processi DED, la produzione additiva wire-arc viene spesso utilizzata per riparare apparecchiature e copiare parti che non vengono più prodotte al fine di mantenere le vecchie macchine. Tuttavia, la tecnologia può essere utilizzata anche per realizzare parti complete. La produzione additiva ad arco a filo è particolarmente adatta per i settori aerospaziale, aerospaziale, automobilistico, energetico e della difesa. Viene utilizzato per la realizzazione di prototipi, stampi, pezzi singoli e produzioni in piccole serie. Tuttavia, la sua applicazione nella produzione di massa è ancora in fase di revisione, sebbene sia particolarmente adatta per la produzione di parti metalliche di grandi dimensioni.
Nel settore aerospaziale, ad esempio, Naval Group utilizza la tecnologia di produzione additiva ad arco lineare per produrre eliche per la nave da caccia mineraria. Nel settore energetico, Vallourec ha prodotto il primo anello di tenuta utilizzando la produzione additiva wire arc per garantire la sicurezza della centrale idroelettrica EDF Hydro, con un diametro di 1 metro e un peso di 100 kg. Nel campo della robotica, MX3D ha utilizzato questa tecnologia anche per produrre connettori strutturali in acciaio. MX3D utilizza anche l'additivo Wire Arc per produrre connettori per tubi per l'industria petrolifera e del gas, nonché ingranaggi e componenti personalizzati per macchine di grandi dimensioni. MX3D ha persino costruito un ponte ad Amsterdam utilizzando un processo di produzione additiva wire-arc! Inoltre, Relativity Space ha utilizzato questa tecnologia per costruire il lanciatore leggero Terran 1. La produzione di stampi industriali in plastica è un'altra applicazione comune.
La stampa 3D con produzione additiva ad arco lineare presenta numerosi vantaggi. Innanzitutto, la velocità di stampa è elevata, il che ha un impatto positivo sui tempi di produzione. Anche il costo è inferiore rispetto alle macchine che utilizzano la tecnologia di fusione a letto di polvere, in particolare la fusione laser selettiva. La tecnologia di produzione additiva ad arco a filo si distingue anche per la sua capacità di produrre parti molto grandi. Come accennato in precedenza, sono disponibili anche una varietà di metalli compatibili.
Anche il processo di produzione additiva wire-ar ha i suoi limiti. Poiché consente velocità di stampa più elevate, i dettagli e la precisione dimensionale della parte sono meno riprodotti rispetto alla tecnologia di fusione a letto di polvere. Le parti fabbricate utilizzando tecniche di produzione additiva ad arco lineare possono presentare difetti come pori interni che riducono le proprietà meccaniche della parte, sia statiche che di fatica. Ciò è particolarmente vero per le parti in alluminio.
Lo stress residuo è un'altra anomalia che può verificarsi nella tecnologia WAAM. Possono causare la deformazione delle dimensioni e/o della forma della parte, in particolare a causa di piegature, deformazioni o stratificazioni. Tutti questi fenomeni sono caratterizzati dalla stratificazione delle parti stampate, sia superiore che inferiore o, nel caso della stratificazione, dalla deformazione di tutti gli strati. Queste deformazioni sono causate dalle temperature di esercizio molto elevate e dalle proprietà tecniche del materiale. Quando si applicano forze a una parte, la tenuta non sarà ottimale.
Per limitare il verificarsi di questi difetti, è necessario comprendere tutti i parametri di produzione additiva del wire arc per impostarli nel modo più accurato possibile. Ciò garantirà un deposito costante di metallo fuso e un calore costante. La velocità di svolgimento, la velocità di avanzamento, la corrente, la tensione, lo spessore dello strato, la portata del gas di protezione e la distanza tra gli elettrodi sono tutti fattori chiave per garantire un funzionamento regolare.
Esistono però anche soluzioni tecniche che possono mitigare queste anomalie. Questi includono l'incrudimento o la laminazione. Questo metodo prevede l'applicazione di una pressione sul cordone di saldatura con un rullo durante la fase di raffreddamento. Ciò riduce la porosità. Per ridurre lo stress residuo, il materiale può essere preriscaldato. Si noti che alcuni materiali e leghe sono più soggetti a fessurazioni o delaminazione rispetto ad altri, come le leghe di alluminio-rame, alluminio-titanio e alluminio-ferro.
Come con altre tecnologie di produzione additiva, è necessaria una quantità significativa di post-finitura. Il post-trattamento viene effettuato utilizzando tecniche di lavorazione tradizionali. In alcune applicazioni di produzione additiva wire-arc, è possibile utilizzare un secondo robot per la lavorazione in fase di stampa.
I produttori di stampanti 3D che utilizzano la tecnologia di produzione additiva ad arco lineare includono Prodways, le cui stampanti 3D utilizzano il processo di produzione additiva ad arco lineare -TIG, Norsk Titanium e il suo processo interno di deposizione al plasma veloce, GEFERTEC, MX3D, WAAM3D e Lincoln Electric, tra gli altri.
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