中車研究院攜融速科技、王義朋教授團(tuán)隊成功3D打印大尺寸高速列車車頭窗框結(jié)構(gòu)件

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

導(dǎo)讀：重大突破！國內(nèi)首件鋁合金高速列車車頭窗框結(jié)構(gòu)件試制成功

2025年5月26日，南極熊獲悉，中車研究院攜手北京工業(yè)大學(xué)王義朋教授團(tuán)隊以及融速科技，憑借電弧熔絲增材制造（WAAM）技術(shù)，成功完成國內(nèi)首件鋁合金高速列車車頭窗框結(jié)構(gòu)件的試制。這一里程碑式的成果，標(biāo)志著我國在軌道交通裝備大型構(gòu)件增材制造方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

此次試制成功的結(jié)構(gòu)件重達(dá)約 260kg，長度約 2400mm，寬度約 900mm，采用 5087 鋁合金絲材打印成形，整個過程僅耗時 15 天，便將一個復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件呈現(xiàn)在世人眼前。要知道，傳統(tǒng)的高速列車車頭窗框結(jié)構(gòu)件采用 5083 鋁合金板材減材加工制造，板材利用率低得可憐，僅有 12.9%，不僅造成大量材料浪費，還拉高了制造成本。

為攻克這一難題，中車研究院依托位于北京長辛店的先進(jìn)成形實驗室，啟用自主搭建的電弧熔絲增材制造平臺，開啟了一場技術(shù)攻堅戰(zhàn)�？蒲腥藛T通過精確控制金屬熔滴過渡與熔池流動，讓每一滴金屬都精準(zhǔn) “歸位”；精心優(yōu)化沉積路徑，確保結(jié)構(gòu)件的每一處都能完美成型；嚴(yán)格控制層間溫度，有效抑制了鋁合金沉積過程中層間未熔合缺陷。不僅如此，團(tuán)隊還成功解決了大尺寸結(jié)構(gòu)件成形過程中殘余應(yīng)力累積和變形開裂這兩大棘手難題，確保鋁合金構(gòu)件打印精度和材料性能高度一致。最終，實現(xiàn)了高速列車車頭窗框結(jié)構(gòu)件的高效一體化成形，且力學(xué)性能遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求。

這一突破性進(jìn)展意義非凡，它不僅有力驗證了 WAAM 技術(shù)在軌道交通大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件制造中的可行性，更為后續(xù)開展裝車試驗等系統(tǒng)驗證筑牢根基。隨著這一成果的落地，未來軌道交通裝備制造有望迎來新一輪變革，朝著高效、低成本、綠色環(huán)保的方向大步邁進(jìn)，讓我們拭目以待！

中車研究院先進(jìn)成形技術(shù)研究室，作為中國中車在先進(jìn)制造領(lǐng)域的核心攻堅力量，承載著推動軌道交通裝備制造技術(shù)飛躍的重任，堪稱行業(yè)內(nèi)的璀璨明珠。

該研究室是中車實現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)全球持續(xù)引領(lǐng)這一宏偉目標(biāo)的戰(zhàn)略性研究平臺，承擔(dān)著軌道交通裝備關(guān)鍵零部件先進(jìn)成形、實 / 試驗驗證、共性基礎(chǔ)技術(shù)和工程技術(shù)研究等多項核心工作。面對航空航天、軌道交通等領(lǐng)域?qū)�結(jié)構(gòu)輕量化的迫切需求，研究室率先提出基于裂紋抑制與強(qiáng)韌化協(xié)同的增材制造鋁合金成分設(shè)計方法，并成功研制出 550MPa 級高強(qiáng)鋁合金材料和成形工藝。不僅如此，近年來，為滿足市場對鋁合金零部件強(qiáng)度的更高要求，團(tuán)隊持續(xù)迭代創(chuàng)新，在第一代材料體系基礎(chǔ)上深入鉆研，成功研制出各向同性、延伸率超過 10% 的 600MPa 級超高強(qiáng)增材制造鋁合金材料。這種材料采用真空感應(yīng)熔煉惰性氣體霧化（VIGA）技術(shù)制備，具備粒徑分布窄、球形度高、空心粉率低、氧含量超低且批次穩(wěn)定性良好等優(yōu)異物理特性。

在技術(shù)研究的廣度與深度上，研究室同樣成果斐然。圍繞先進(jìn)成形技術(shù)，開展了一系列前沿探索，涵蓋基于激光粉末床熔融、激光 / 電弧熔絲的鋁合金增材制造技術(shù)，鋁合金激光與多能場復(fù)合增材修復(fù)技術(shù)，銅合金激光增材 - 微軋制一體化表面強(qiáng)化技術(shù)，高強(qiáng)高韌鋼質(zhì)軸類零件及高硬度模具修復(fù)技術(shù)，攪拌摩擦固態(tài)增材和修復(fù)技術(shù)等。通過精確控制金屬熔滴過渡與熔池流動，優(yōu)化沉積路徑和控制層間溫度，有效抑制了鋁合金沉積過程中層間未熔合缺陷，成功解決了大尺寸結(jié)構(gòu)件成形過程中殘余應(yīng)力累積和變形開裂的難題，確保了鋁合金構(gòu)件打印精度和材料性能的一致性，實現(xiàn)了高效一體化成形，為高性能鋁合金零部件制造提供了堅實可靠的工藝保障。

目前，研究室已成功搭建起從原理概念提出、基礎(chǔ)技術(shù)研究到工程應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的完善技術(shù)研究平臺。同時，建立起涵蓋專用材料研發(fā)、工藝創(chuàng)新、裝備研制、檢測評價到標(biāo)準(zhǔn)制定的全流程技術(shù)體系，具備從實驗室研究到工程驗證的完整創(chuàng)新能力。在專利方面成果豐碩，擁有多項核心專利技術(shù)，為技術(shù)創(chuàng)新提供了有力的法律保障。憑借卓越的科研實力和創(chuàng)新精神，持續(xù)為我國軌道交通裝備制造技術(shù)的發(fā)展添磚加瓦，引領(lǐng)行業(yè)邁向新高度。

北京工業(yè)大學(xué) 王義朋教授

姓名： 王義朋    職稱/職務(wù)： 副研究員、碩士生導(dǎo)師

所在部門： 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料加工教研室

社會兼職： 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接分會青年委員；中國機(jī)械工程學(xué)會焊接分會熔焊工藝及設(shè)備專委會委員；中國機(jī)械工程學(xué)會焊接分會環(huán)境、健康與安全專委會委員；《稀有金屬材料與工程》青年編委

主要研究方向
電弧增材制造；激光增材修復(fù)；高效熔焊裝備及工藝

教育與工作經(jīng)歷
2019.06畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，獲材料加工工程專業(yè)博士學(xué)位；

2019.09~2021.09在英國克蘭菲爾德大學(xué)焊接工程與激光加工中心做博士后；

2022.03加入北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。

主要科研項目
主持或參與英國工程與物理科學(xué)研究理事會基金、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、航空科學(xué)基金等研究課題。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，申請國家發(fā)明專利10余項。

融速科技
融速科技是一家專業(yè)從事大尺寸金屬3D打印工藝控制方案和設(shè)備研發(fā)的公司，創(chuàng)始團(tuán)隊來自于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，英國劍橋焊接研究院，英國巴斯大學(xué)，愛丁堡大學(xué)等世界著名學(xué)校和機(jī)構(gòu)。公司的主要業(yè)務(wù)是提供高性能、高效率、高性價比的大型金屬零部件智能增材制造解決方案。公司專注航空航天高速金屬3D打印設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。針對航空航天領(lǐng)域大尺寸貴金屬零部件，可將傳統(tǒng)工藝的加工時間縮短至1/5甚至1/10，材料利用率提高30%-50%，大大降低生產(chǎn)制造成本。公司擁有的核心技術(shù)可與現(xiàn)有的激光/電子束鋪粉選區(qū)熔融技術(shù)形成優(yōu)勢互補(bǔ)，為我國優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、進(jìn)軍高端裝備制造領(lǐng)域提供有利支撐。

融速科技目前共獲得與申請實用新型專利10項、國家發(fā)明專利5項、軟件著作權(quán)5項，參與英國國家創(chuàng)新基金科研項目2項。