美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室在約八周內(nèi)，利用電弧金屬絲增材制造（WAAM）技術(shù)成功打印了一座高1.83米、寬1.22米、重近2噸的鋼制模具。該模具旨在為波音公司提供快速生產(chǎn)飛機(jī)復(fù)合材料部件（如艙門）的工藝驗(yàn)證，并納入美國國家航空航天局（NASA）的高速復(fù)合材料制造（HiCAM）計(jì)劃。

傳統(tǒng)大型金屬模具需經(jīng)鑄造、鍛造、機(jī)械加工等多道工序。此次研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用帶焊接熔頭的機(jī)械臂，連續(xù)熔化金屬絲并逐層堆疊成型。模具結(jié)構(gòu)根據(jù)功能需求復(fù)合使用材料：主體采用常規(guī)鋼材以保證剛性與強(qiáng)度，工作表面則覆蓋不銹鋼以耐腐蝕并保持尺寸穩(wěn)定性。

增材制造技術(shù)使工程師能夠突破傳統(tǒng)模具的冷卻通道設(shè)計(jì)限制。傳統(tǒng)模具通常在金屬塊中鉆出長直流體通道，而3D打印可預(yù)先構(gòu)建貼合模具表面的彎曲流道，使加熱或冷卻介質(zhì)更精準(zhǔn)地貼近溫控區(qū)域。

近2噸金屬塊的逐層疊加也面臨熱應(yīng)力挑戰(zhàn)。金屬冷卻收縮易導(dǎo)致整體扭曲變形。工程團(tuán)隊(duì)通過在背面添加臨時(shí)支撐筋，并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測形變，歷經(jīng)32次模型調(diào)整后，Zui終成品僅偏離目標(biāo)形狀數(shù)毫米。

模具在橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室完成后運(yùn)至密歇根州貝克工業(yè)公司進(jìn)行后續(xù)處理。團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了熱處理以降低內(nèi)部應(yīng)力，拆除臨時(shí)支撐并完成符合波音要求的精加工。復(fù)合材料因輕量化且滿足強(qiáng)度要求已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空，但大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)周期與成本仍是行業(yè)瓶頸。NASA及其合作伙伴計(jì)劃在2028年和2029年開展大型復(fù)合材料機(jī)身與機(jī)翼的大規(guī)模生產(chǎn)演示，本次實(shí)驗(yàn)旨在驗(yàn)證此類集成溫控系統(tǒng)的大型工業(yè)模具能否直接由金屬打印并整合至航空生產(chǎn)線中。