电弧增材制造技术是以电弧作为热源,焊丝作为熔敷材料,快速成型力学性能好、致密度高的金属构件。这种技术极大地提高了材料利用率,缩短了产品周期,提升了生产效率和制造技术的核心竞争力。本课题基于CMT方法以不锈钢和高强钢作为熔敷材料进行机器人电弧增材制造技术研究。首先,对于机器人电弧增材系统缺少相应成熟软件的问题,编写了将G代码转换为ABB机器人程序的Python脚本,使得一般3D打印软件可应用于机器人电弧增材制造的路径规划。其次,针对不锈钢和高强钢的单道熔敷成型,利用正交法设计了以熔敷工艺参数为输入变量,熔敷焊道几何尺寸为输出量的试验方案,根据试验所得数据建立了人工神经网络模型,并利用该模型对单道熔敷进行了仿真,结果表明对于不锈钢和高强钢,其焊道横截面的宽度随着送丝速度的增加而增大,随着焊接速度的增大而减小,随着温度的增加而增大,与干伸长度和保护气流速关系并不明显;而焊道的高度随着送丝速度的增加而增大,随着焊接速度的增大而减小,随着温度的增加而减小,与干伸长度和保护气流速关系并不明显。随后以圆弧、抛物线和余弦公式对不锈钢和高强钢材料的单道横截面轮廓进行建模,利用图像处理的方法计算各组焊道实际横截面积并各模型的理论面积比较,筛选出不同工艺下的最优模型,结果发现对于不锈钢,当焊接速度为25cm/min时,圆弧曲线对焊道的拟合度最佳,当焊接速度为30-45cm/min时,抛物线对焊道的拟合度最佳,而当焊接速度为50-65cm/min时余弦曲线的拟合度最佳;对于高强钢则为焊接速度为25-45cm/min时,抛物线拟合度最佳,而当焊接速度为50-65cm/min时余弦曲线的拟合度最佳。通过模型计算出最佳道间距和层间距,结合上述规律进行试验验证,结果发现由于熔敷金属铺展不充分,最佳道间距的实际值要略小于理论值,而最佳层间距则等于理论值。利用所得神经网络模型可以预测单道焊缝的尺寸,而焊缝尺寸结合焊接参数可算出增材成型时焊道的道间距和层间距,根据这些模型便可规划出完整的不锈钢和高强钢多层多道样件的增材参数。成功制得两种材料多层多道熔敷件并对其进行金相组织与XRD分析,结果表面:不锈钢在熔敷之后的组织主要为奥氏体和铁素体,高强钢区域组织主要为马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体。受焊道重熔的热影响,同一道材料靠近重熔区的组织晶粒相对远离重熔区的要粗大。对不锈钢和高强钢的多层多道熔敷件进行拉伸和冲击试验,结果表明,两种单一材料在抗拉性能和抗冲击性能上呈现各向同性的特点,高强钢的抗拉强度要远高于不锈钢,而抗冲击性能则略高于不锈钢。两种材料交织结构件的抗拉性能和抗冲击性能则表现为各向异性,其中3:1组在Y方向上的抗拉强度要略高于高强钢,在X方向的抗冲击性能要远高于高强钢,证明高强钢和不锈钢在合适比例下叠加的结构能够阻碍裂纹扩张从而获得不低于任一材料的力学性能。最后基于对不锈钢和高强钢的电弧增材制造工艺和尺寸控制的研究,依据贝壳珍珠层的结构特点,采用不锈钢和高强钢软硬交织的结构,对仿生装甲板进行了增材,熔敷速度为0.91kg/h。按照电磁炮分段导磁的特点,采用不锈钢和高强钢分段交替的结构,打印了脉冲电磁炮管,熔敷速度为0.95kg/h。若采用交错打印的增材策略,节省增材过程的等待时间,两者的增材速度将提升至2.67kg/h。