中車研究院攜融速科技、王義朋教授團隊成功3D打印大尺寸高速列車車頭窗框結構件

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

導讀：重大突破！國內首件鋁合金高速列車車頭窗框結構件試制成功

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

此次試制成功的結構件重達約 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，便將一個復雜的大型結構件呈現(xiàn)在世人眼前。要知道，傳統(tǒng)的高速列車車頭窗框結構件采用 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 “歸位”；精心優(yōu)化沉積路徑，確保結構件的每一處都能完美成型；嚴格控制層間溫度，有效抑制了鋁合金沉積過程中層間未熔合缺陷。不僅如此，團隊還成功解決了大尺寸結構件成形過程中殘余應力累積和變形開裂這兩大棘手難題，確保鋁合金構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構件的高效一體化成形，且力學性能遠超標準要求。

這一突破性進展意義非凡，它不僅有力驗證了 WAAM 技術在軌道交通大尺寸復雜結構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，讓我們拭目以待！

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

該研究室是中車實現(xiàn)先進制造技術全球持續(xù)引領這一宏偉目標的戰(zhàn)略性研究平臺，承擔著軌道交通裝備關鍵零部件先進成形、實 / 試驗驗證、共性基礎技術和工程技術研究等多項核心工作。面對航空航天、軌道交通等領域對結構輕量化的迫切需求，研究室率先提出基于裂紋抑制與強韌化協(xié)同的增材制造鋁合金成分設計方法，并成功研制出 550MPa 級高強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度的更高要求，團隊持續(xù)迭代創(chuàng)新，在第一代材料體系基礎上深入鉆研，成功研制出各向同性、延伸率超過 10% 的 600MPa 級超高強增材制造鋁合金材料。這種材料采用真空感應熔煉惰性氣體霧化（VIGA）技術制備，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。

在技術研究的廣度與深度上，研究室同樣成果斐然。圍繞先進成形技術，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，鋁合金激光與多能場復合增材修復技術，銅合金激光增材 - 微軋制一體化表面強化技術，高強高韌鋼質軸類零件及高硬度模具修復技術，攪拌摩擦固態(tài)增材和修復技術等。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構件成形過程中殘余應力累積和變形開裂的難題，確保了鋁合金構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、基礎技術研究到工程應用技術開發(fā)的完善技術研究平臺。同時，建立起涵蓋專用材料研發(fā)、工藝創(chuàng)新、裝備研制、檢測評價到標準制定的全流程技術體系，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，為技術創(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的發(fā)展添磚加瓦，引領行業(yè)邁向新高度。

北京工業(yè)大學 王義朋教授

姓名： 王義朋    職稱/職務： 副研究員、碩士生導師

所在部門： 材料科學與工程學院材料加工教研室

社會兼職： 中國機械工程學會焊接分會青年委員；中國機械工程學會焊接分會熔焊工藝及設備專委會委員；中國機械工程學會焊接分會環(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；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，獲材料加工工程專業(yè)博士學位；

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

2022.03加入北京工業(yè)大學材料科學與工程學院。

主要科研項目
主持或參與英國工程與物理科學研究理事會基金、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、航空科學基金等研究課題。發(fā)表學術論文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備研發(fā)的公司，創(chuàng)始團隊來自于哈爾濱工業(yè)大學，英國劍橋焊接研究院，英國巴斯大學，愛丁堡大學等世界著名學校和機構。公司的主要業(yè)務是提供高性能、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打印設備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。針對航空航天領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可與現(xiàn)有的激光/電子束鋪粉選區(qū)熔融技術形成優(yōu)勢互補，為我國優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、進軍高端裝備制造領域提供有利支撐。

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5項，參與英國國家創(chuàng)新基金科研項目2項。