3月17日至19日，2025亞洲3D打印、增材制造展覽會在國家會展中心（上海）舉行。展會期間，來自一汽解放商用車開發(fā)院的王子國正高級焊接工程師，向現(xiàn)場聽眾分享了電弧增材技術(shù)在商用車產(chǎn)品開發(fā)中的應用實例和研究。作為增材制造的一項分支技術(shù)，電弧增材已廣泛應用于航空航天和國防軍事領(lǐng)域。隨著汽車企業(yè)對零部件研發(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。

一汽解放商用車開發(fā)院連接技術(shù)主任/正高級工程師 王子國

電弧增材的先天優(yōu)勢

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、標準制定和人才培養(yǎng)等從多個方面，制定多項政策推動產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在今年展會上，雖然涉及電弧增材技術(shù)和設備的企業(yè)不多，但國內(nèi)的部分企業(yè)已經(jīng)關(guān)注到這個細分領(lǐng)域，并開始做一些嘗試性技術(shù)開發(fā)和應用。

通過對比不同技術(shù)，電弧增材的一大特點是籌建效率高。選擇性激光熔融（SLM）的成型零件以克計算，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)品迭代非常快，對周期和成本的要求格外高， 這讓電弧增材非常適用。

另外，電弧增材的設備成本相對較低，降低了終端用戶的使用門檻。通過對電弧機器人的改造再配合軟件開發(fā)，就可以實現(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，不及SLM打印中小型零件時可以達到±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)在上述兩個領(lǐng)域都進行了規(guī)?；瘧茫⑶页掷m(xù)了較長時間。

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，王總所屬的研究團隊針對制作零件的不同工藝特點，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，并對承載有很高要求。針對零件的特點，再結(jié)合電弧增材的工藝技優(yōu)勢，研究團隊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。

在這個過程中，研究團隊將電弧增材和傳統(tǒng)汽車零件制造工藝進行了對比?？偟膩碚f，電弧增材可以替代鑄造和鍛造工藝，再配合機械加工就能實現(xiàn)零件制造。在開發(fā)過程中，采用電弧增材可以實現(xiàn)1小時內(nèi)打印數(shù)公斤產(chǎn)品的效率，而完成后的零件表面質(zhì)量也相對較高，配合一些特殊工藝可以在打印后，實現(xiàn)快速試制上車。

電弧增材的實際應用

據(jù)王總介紹，在電弧增材的實施過程中，實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，研究團隊還需要對原始數(shù)據(jù)進行預處理，修改零件的空間結(jié)構(gòu)以更好地匹配電弧增材，并通過軟件進行分層和優(yōu)化打印路徑。最后，研究團隊會在計算機上對增材路徑進行模擬仿真和驗證。

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度和抗拉強度。最后，研究團隊在開發(fā)過程中對焊接工藝參數(shù)進行調(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，增材速度的設定和氣體流量的設置，以更好地完成電弧增材的零件開發(fā)。

以試制A樣件為例，當時研究團隊共制作了62件樣品，其中電弧增材可替代樣件占比達到80.6%。通過對周期和成本的計算，結(jié)果顯示成本下降了54%，最大提效達到39%。通過對比商用車底盤結(jié)構(gòu)件小批量制造工藝發(fā)現(xiàn)，鑄造零件只有達到一定數(shù)量后才會實現(xiàn)成本下降。電弧增材工藝的優(yōu)勢在于，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。

盡管現(xiàn)在電弧增材在商用車領(lǐng)域的應用不多，但在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)有少量成功案例。比如，寧德時代就采用電弧增材實現(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，實現(xiàn)減重40%的同時增加了20%的零件強度。德國Tier1公司則采用該技術(shù)實現(xiàn)6個月左右產(chǎn)品迭代4次。經(jīng)過實踐證明，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，研究團隊接下來會繼續(xù)拓展電弧增材工藝在商用車零部件的應用場景，實現(xiàn)特定性能樣件電弧增材工藝，并開展樣件的疲勞性能對比實驗，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)務場景實現(xiàn)成熟應用，向市場交付高效率、低成本、無模化的樣件。

來源：榮格-《國際工業(yè)激光商情》

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