美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）與波音公司合作，采用電弧增材制造（WAAM）技術(shù)成功打印了一款大型金屬工具“Stamp Form Die”。該模具高約1.8米、寬約1.2米，重量近兩噸，歷時(shí)八周完成打印。

制作過(guò)程使用了ORNL的Arc-1系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)處理多根金屬絲。在材料選擇上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在承重區(qū)域采用建筑鋼材，而在模具表面使用不銹鋼，以兼顧結(jié)構(gòu)剛性、耐腐蝕性及耐用的工作面。

打印過(guò)程中的變形是主要技術(shù)挑戰(zhàn)。冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致形狀偏差，團(tuán)隊(duì)通過(guò)添加臨時(shí)加強(qiáng)筋并利用仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，歷經(jīng)32次迭代后，Zui終形位誤差控制在數(shù)毫米以?xún)?nèi)。隨后零件經(jīng)過(guò)退火處理，去除輔助結(jié)構(gòu)并進(jìn)行機(jī)加工精修。此外，該技術(shù)允許直接在幾何結(jié)構(gòu)中集成彎曲的加熱與冷卻通道，取代傳統(tǒng)的后置鉆孔直道，使溫度分布更均勻。

該模具將用于波音公司內(nèi)部，配合NASA的HiCAM項(xiàng)目開(kāi)展測(cè)試。該項(xiàng)目旨在提高復(fù)合材料飛機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍并降低機(jī)身重量，以提升燃油經(jīng)濟(jì)性并維持美國(guó)在商用航空領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。ORNL將此試作視為技術(shù)可行性驗(yàn)證，表明WAAM技術(shù)同樣適用于航空航天、能源及汽車(chē)等領(lǐng)域的大型熱塑性部件模具制造。

ORNL機(jī)器人工程師Andrzej Nycz指出，多材料WAAM技術(shù)為全新設(shè)計(jì)理念開(kāi)辟道路，可精準(zhǔn)匹配機(jī)械性能并實(shí)現(xiàn)降本增效。Baker Industries項(xiàng)目經(jīng)理Evan Bartkiewicz強(qiáng)調(diào)了與ORNL及波音穩(wěn)固合作的重要性。ORNL復(fù)合材料創(chuàng)新小組負(fù)責(zé)人Ahmed Arabi Hassen表示，此次成功已將其作為測(cè)試案例，證明了該技術(shù)向其他工業(yè)領(lǐng)域拓展的潛力。