3月17日至19日，2025亞洲3D打印、增材制造展覽會(huì)在國家會(huì)展中心（上海）舉行。展會(huì)期間，來自一汽解放商用車開發(fā)院的王子國正高級(jí)焊接工程師，向現(xiàn)場(chǎng)聽眾分享了電弧增材技術(shù)在商用車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用實(shí)例和研究。作為增材制造的一項(xiàng)分支技術(shù)，電弧增材已廣泛應(yīng)用于航空航天和國防軍事領(lǐng)域。隨著汽車企業(yè)對(duì)零部件研發(fā)周期提出了更高要求，得以讓該工藝在未來扮演重要角色。

　　電弧增材的先天優(yōu)勢(shì)

　　自2023年開始，國家就非常重視增材制造行業(yè)的發(fā)展，從戰(zhàn)略規(guī)劃、裝備創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定和人才培養(yǎng)等從多個(gè)方面，制定多項(xiàng)政策推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在今年展會(huì)上，雖然涉及電弧增材技術(shù)和設(shè)備的企業(yè)不多，但國內(nèi)的部分企業(yè)已經(jīng)關(guān)注到這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，并開始做一些嘗試性技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。

　　通過對(duì)比不同技術(shù)，電弧增材的一大特點(diǎn)是籌建效率高。選擇性激光熔融（SLM）的成型零件以克計(jì)算，而電弧熔絲增材（WAAM）的成型零件則以公斤為單位。電弧增材的材料使用率也非常高，通常情況下可以達(dá)到90%以上，大大縮短了制造周期和降低成本。由于汽車行業(yè)的產(chǎn)品迭代非?？欤瑢?duì)周期和成本的要求格外高， 這讓電弧增材非常適用。

　　另外，電弧增材的設(shè)備成本相對(duì)較低，降低了終端用戶的使用門檻。通過對(duì)電弧機(jī)器人的改造再配合軟件開發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)電弧增材工藝的開發(fā)。但電弧增材也有自身的局限性，打印精度不高是其劣勢(shì)，不及SLM打印中小型零件時(shí)可以達(dá)到±0.1mm的水平。因此，電弧增材更適合制作大型零件，比如航空航天、國防軍事大型構(gòu)件的一次成型。目前，該技術(shù)在上述兩個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用，并且持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)間。

　　一汽解放是國內(nèi)第一家開展電弧增材工藝研究的商用車企業(yè)。作為公司下屬的研究單位，王總所屬的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)制作零件的不同工藝特點(diǎn)，選擇不同的增材工藝。由于商用車（卡車）的結(jié)構(gòu)件尺寸都非常大，并對(duì)承載有很高要求。針對(duì)零件的特點(diǎn)，再結(jié)合電弧增材的工藝技優(yōu)勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)最終決定將其用于商用車底盤的大尺寸零件開發(fā)和定制。

　　在這個(gè)過程中，研究團(tuán)隊(duì)將電弧增材和傳統(tǒng)汽車零件制造工藝進(jìn)行了對(duì)比。總的來說，電弧增材可以替代鑄造和鍛造工藝，再配合機(jī)械加工就能實(shí)現(xiàn)零件制造。在開發(fā)過程中，采用電弧增材可以實(shí)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)打印數(shù)公斤產(chǎn)品的效率，而完成后的零件表面質(zhì)量也相對(duì)較高，配合一些特殊工藝可以在打印后，實(shí)現(xiàn)快速試制上車。

　　電弧增材的實(shí)際應(yīng)用

　　據(jù)王總介紹，在電弧增材的實(shí)施過程中，實(shí)際的制造工藝分為數(shù)字化技術(shù)和工業(yè)化技術(shù)兩部分。其中，數(shù)字化技術(shù)包括前期樣件3D數(shù)模的可打印性分析，以及周期和成本核算。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，修改零件的空間結(jié)構(gòu)以更好地匹配電弧增材，并通過軟件進(jìn)行分層和優(yōu)化打印路徑。最后，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)在計(jì)算機(jī)上對(duì)增材路徑進(jìn)行模擬仿真和驗(yàn)證。

　　工業(yè)化技術(shù)，主要是與焊接工藝相關(guān)。比如材料的篩選，目前市面上的大部分焊絲都可以滿足打印所需的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。最后，研究團(tuán)隊(duì)在開發(fā)過程中對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括焊接工藝在線調(diào)控（電流和電壓的匹配）和層溫控制，增材速度的設(shè)定和氣體流量的設(shè)置，以更好地完成電弧增材的零件開發(fā)。

　　以試制A樣件為例，當(dāng)時(shí)研究團(tuán)隊(duì)共制作了62件樣品，其中電弧增材可替代樣件占比達(dá)到80.6%。通過對(duì)周期和成本的計(jì)算，結(jié)果顯示成本下降了54%，最大提效達(dá)到39%。通過對(duì)比商用車底盤結(jié)構(gòu)件小批量制造工藝發(fā)現(xiàn)，鑄造零件只有達(dá)到一定數(shù)量后才會(huì)實(shí)現(xiàn)成本下降。電弧增材工藝的優(yōu)勢(shì)在于，在商用車底盤中大型零件小批量生產(chǎn)（30件左右）方面，更具有成本和效率的雙重優(yōu)勢(shì)。

　　盡管現(xiàn)在電弧增材在商用車領(lǐng)域的應(yīng)用不多，但在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)有少量成功案例。比如，寧德時(shí)代就采用電弧增材實(shí)現(xiàn)鋁合金電池下箱體的一體化制造，制造周期較傳統(tǒng)工藝（擠壓型材、鑄件、拼焊）縮短35天。國外企業(yè)PIX MOVING采用電弧增材直接打印底盤主體結(jié)構(gòu)件一體成形，實(shí)現(xiàn)減重40%的同時(shí)增加了20%的零件強(qiáng)度。德國Tier1公司則采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)6個(gè)月左右產(chǎn)品迭代4次。經(jīng)過實(shí)踐證明，電弧增材可以幫助企業(yè)快速向客戶提供原型車，大幅提升效率、降低成本。

　　展望未來，研究團(tuán)隊(duì)接下來會(huì)繼續(xù)拓展電弧增材工藝在商用車零部件的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)特定性能樣件電弧增材工藝，并開展樣件的疲勞性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，全面掌握控形技術(shù)及特定零件的控性技術(shù)，在功能樣件、性能樣件、小批量等業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用，向市場(chǎng)交付高效率、低成本、無模化的樣件。

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