中车研究院携融速科技、王义朋教授团队成功3D打印大尺寸高速列车车头窗框结构件

来源：长三角G60激光联盟

导读：重大突破！国内首件铝合金高速列车车头窗框结构件试制成功

2025年5月26日，南极熊获悉，中车研究院携手北京工业大学王义朋教授团队以及融速科技，凭借电弧熔丝增材制造（WAAM）技术，成功完成国内首件铝合金高速列车车头窗框结构件的试制。这一里程碑式的成果，标志着我国在轨道交通装备大型构件增材制造方面实现了质的飞跃。

此次试制成功的结构件重达约 260kg，长度约 2400mm，宽度约 900mm，采用 5087 铝合金丝材打印成形，整个过程仅耗时 15 天，便将一个复杂的大型结构件呈现在世人眼前。要知道，传统的高速列车车头窗框结构件采用 5083 铝合金板材减材加工制造，板材利用率低得可怜，仅有 12.9%，不仅造成大量材料浪费，还拉高了制造成本。

为攻克这一难题，中车研究院依托位于北京长辛店的先进成形实验室，启用自主搭建的电弧熔丝增材制造平台，开启了一场技术攻坚战。科研人员通过精确控制金属熔滴过渡与熔池流动，让每一滴金属都精准 “归位”；精心优化沉积路径，确保结构件的每一处都能完美成型；严格控制层间温度，有效抑制了铝合金沉积过程中层间未熔合缺陷。不仅如此，团队还成功解决了大尺寸结构件成形过程中残余应力累积和变形开裂这两大棘手难题，确保铝合金构件打印精度和材料性能高度一致。最终，实现了高速列车车头窗框结构件的高效一体化成形，且力学性能远超标准要求。

这一突破性进展意义非凡，它不仅有力验证了 WAAM 技术在轨道交通大尺寸复杂结构零部件制造中的可行性，更为后续开展装车试验等系统验证筑牢根基。随着这一成果的落地，未来轨道交通装备制造有望迎来新一轮变革，朝着高效、低成本、绿色环保的方向大步迈进，让我们拭目以待！

中车研究院先进成形技术研究室，作为中国中车在先进制造领域的核心攻坚力量，承载着推动轨道交通装备制造技术飞跃的重任，堪称行业内的璀璨明珠。

该研究室是中车实现先进制造技术全球持续引领这一宏伟目标的战略性研究平台，承担着轨道交通装备关键零部件先进成形、实 / 试验验证、共性基础技术和工程技术研究等多项核心工作。面对航空航天、轨道交通等领域对结构轻量化的迫切需求，研究室率先提出基于裂纹抑制与强韧化协同的增材制造铝合金成分设计方法，并成功研制出 550MPa 级高强铝合金材料和成形工艺。不仅如此，近年来，为满足市场对铝合金零部件强度的更高要求，团队持续迭代创新，在第一代材料体系基础上深入钻研，成功研制出各向同性、延伸率超过 10% 的 600MPa 级超高强增材制造铝合金材料。这种材料采用真空感应熔炼惰性气体雾化（VIGA）技术制备，具备粒径分布窄、球形度高、空心粉率低、氧含量超低且批次稳定性良好等优异物理特性。

在技术研究的广度与深度上，研究室同样成果斐然。围绕先进成形技术，开展了一系列前沿探索，涵盖基于激光粉末床熔融、激光 / 电弧熔丝的铝合金增材制造技术，铝合金激光与多能场复合增材修复技术，铜合金激光增材 - 微轧制一体化表面强化技术，高强高韧钢质轴类零件及高硬度模具修复技术，搅拌摩擦固态增材和修复技术等。通过精确控制金属熔滴过渡与熔池流动，优化沉积路径和控制层间温度，有效抑制了铝合金沉积过程中层间未熔合缺陷，成功解决了大尺寸结构件成形过程中残余应力累积和变形开裂的难题，确保了铝合金构件打印精度和材料性能的一致性，实现了高效一体化成形，为高性能铝合金零部件制造提供了坚实可靠的工艺保障。

目前，研究室已成功搭建起从原理概念提出、基础技术研究到工程应用技术开发的完善技术研究平台。同时，建立起涵盖专用材料研发、工艺创新、装备研制、检测评价到标准制定的全流程技术体系，具备从实验室研究到工程验证的完整创新能力。在专利方面成果丰硕，拥有多项核心专利技术，为技术创新提供了有力的法律保障。凭借卓越的科研实力和创新精神，持续为我国轨道交通装备制造技术的发展添砖加瓦，引领行业迈向新高度。

北京工业大学 王义朋教授

姓名： 王义朋    职称/职务： 副研究员、硕士生导师

所在部门： 材料科学与工程学院材料加工教研室

社会兼职： 中国机械工程学会焊接分会青年委员；中国机械工程学会焊接分会熔焊工艺及设备专委会委员；中国机械工程学会焊接分会环境、健康与安全专委会委员；《稀有金属材料与工程》青年编委

主要研究方向
电弧增材制造；激光增材修复；高效熔焊装备及工艺

教育与工作经历
2019.06毕业于北京航空航天大学，获材料加工工程专业博士学位；

2019.09~2021.09在英国克兰菲尔德大学焊接工程与激光加工中心做博士后；

2022.03加入北京工业大学材料科学与工程学院。

主要科研项目
主持或参与英国工程与物理科学研究理事会基金、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、航空科学基金等研究课题。发表学术论文30余篇，申请国家发明专利10余项。

融速科技
融速科技是一家专业从事大尺寸金属3D打印工艺控制方案和设备研发的公司，创始团队来自于哈尔滨工业大学，英国剑桥焊接研究院，英国巴斯大学，爱丁堡大学等世界著名学校和机构。公司的主要业务是提供高性能、高效率、高性价比的大型金属零部件智能增材制造解决方案。公司专注航空航天高速金属3D打印设备的研发和产业化。针对航空航天领域大尺寸贵金属零部件，可将传统工艺的加工时间缩短至1/5甚至1/10，材料利用率提高30%-50%，大大降低生产制造成本。公司拥有的核心技术可与现有的激光/电子束铺粉选区熔融技术形成优势互补，为我国优化产业结构、进军高端装备制造领域提供有利支撑。

融速科技目前共获得与申请实用新型专利10项、国家发明专利5项、软件著作权5项，参与英国国家创新基金科研项目2项。