电弧增材工艺在商用车开发中的应用

3月17日至19日，2025亚洲3D打印、增材制造展览会在国家会展中心（上海）举行。展会期间，来自一汽解放商用车开发院的王子国正高级焊接工程师，向现场听众分享了电弧增材技术在商用车产品开发中的应用实例和研究。作为增材制造的一项分支技术，电弧增材已广泛应用于航空航天和国防军事领域。随着汽车企业对零部件研发周期提出了更高要求，得以让该工艺在未来扮演重要角色。

一汽解放商用车开发院连接技术主任/正高级工程师 王子国

电弧增材的先天优势

自2023年开始，国家就非常重视增材制造行业的发展，从战略规划、装备创新、标准制定和人才培养等从多个方面，制定多项政策推动产业的快速发展。在今年展会上，虽然涉及电弧增材技术和设备的企业不多，但国内的部分企业已经关注到这个细分领域，并开始做一些尝试性技术开发和应用。

通过对比不同技术，电弧增材的一大特点是筹建效率高。选择性激光熔融（SLM）的成型零件以克计算，而电弧熔丝增材（WAAM）的成型零件则以公斤为单位。电弧增材的材料使用率也非常高，通常情况下可以达到90%以上，大大缩短了制造周期和降低成本。由于汽车行业的产品迭代非常快，对周期和成本的要求格外高， 这让电弧增材非常适用。

另外，电弧增材的设备成本相对较低，降低了终端用户的使用门槛。通过对电弧机器人的改造再配合软件开发，就可以实现电弧增材工艺的开发。但电弧增材也有自身的局限性，打印精度不高是其劣势，不及SLM打印中小型零件时可以达到±0.1mm的水平。因此，电弧增材更适合制作大型零件，比如航空航天、国防军事大型构件的一次成型。目前，该技术在上述两个领域都进行了规模化应用，并且持续了较长时间。

一汽解放是国内第一家开展电弧增材工艺研究的商用车企业。作为公司下属的研究单位，王总所属的研究团队针对制作零件的不同工艺特点，选择不同的增材工艺。由于商用车（卡车）的结构件尺寸都非常大，并对承载有很高要求。针对零件的特点，再结合电弧增材的工艺技优势，研究团队最终决定将其用于商用车底盘的大尺寸零件开发和定制。

在这个过程中，研究团队将电弧增材和传统汽车零件制造工艺进行了对比。总的来说，电弧增材可以替代铸造和锻造工艺，再配合机械加工就能实现零件制造。在开发过程中，采用电弧增材可以实现1小时内打印数公斤产品的效率，而完成后的零件表面质量也相对较高，配合一些特殊工艺可以在打印后，实现快速试制上车。

电弧增材的实际应用

据王总介绍，在电弧增材的实施过程中，实际的制造工艺分为数字化技术和工业化技术两部分。其中，数字化技术包括前期样件3D数模的可打印性分析，以及周期和成本核算。同时，研究团队还需要对原始数据进行预处理，修改零件的空间结构以更好地匹配电弧增材，并通过软件进行分层和优化打印路径。最后，研究团队会在计算机上对增材路径进行模拟仿真和验证。

工业化技术，主要是与焊接工艺相关。比如材料的筛选，目前市面上的大部分焊丝都可以满足打印所需的屈服强度和抗拉强度。最后，研究团队在开发过程中对焊接工艺参数进行调整，包括焊接工艺在线调控（电流和电压的匹配）和层温控制，增材速度的设定和气体流量的设置，以更好地完成电弧增材的零件开发。

以试制A样件为例，当时研究团队共制作了62件样品，其中电弧增材可替代样件占比达到80.6%。通过对周期和成本的计算，结果显示成本下降了54%，最大提效达到39%。通过对比商用车底盘结构件小批量制造工艺发现，铸造零件只有达到一定数量后才会实现成本下降。电弧增材工艺的优势在于，在商用车底盘中大型零件小批量生产（30件左右）方面，更具有成本和效率的双重优势。

尽管现在电弧增材在商用车领域的应用不多，但在乘用车领域已经有少量成功案例。比如，宁德时代就采用电弧增材实现铝合金电池下箱体的一体化制造，制造周期较传统工艺（挤压型材、铸件、拼焊）缩短35天。国外企业PIX MOVING采用电弧增材直接打印底盘主体结构件一体成形，实现减重40%的同时增加了20%的零件强度。德国Tier1公司则采用该技术实现6个月左右产品迭代4次。经过实践证明，电弧增材可以帮助企业快速向客户提供原型车，大幅提升效率、降低成本。

展望未来，研究团队接下来会继续拓展电弧增材工艺在商用车零部件的应用场景，实现特定性能样件电弧增材工艺，并开展样件的疲劳性能对比实验，全面掌握控形技术及特定零件的控性技术，在功能样件、性能样件、小批量等业务场景实现成熟应用，向市场交付高效率、低成本、无模化的样件。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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