2026年1月22日，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）与行业合作伙伴ARC
Specialties公司合作，成功开发并演示了一项新型高通量金属增材制造技术——电渣增材制造（ESAM）。这项创新技术专为生产大型近净成形零部件而设计，沉积速率比传统丝材增材制造工艺高出数倍，具有显著的工业应用潜力。
△相关研究发表于《Additive Manufacturing Letters》，研究题目为“电渣增材制造：实现高通量近净成形生产的途径”（传送门）
这项研究评估了使用625合金的ESAM工艺，结果表明这种工艺能够提供与铸造材料相当的机械性能，同时显著提高成型速度。研究团队认为，该方法有望支持目前采用铸造和锻造工艺制造的多吨级零部件的生产，尤其是在能源领域。
ESAM技术将电渣生产效率与电弧精度相结合
ESC是一种基于焊接的工艺，以高沉积速率而闻名，但由于难以控制熔渣和熔池，这种工艺历来难以应用于增材制造。为了解决这个问题，研究人员将ESC与WAAM相结合，利用气体保护钨极电弧焊（GTAW）构建挡板，以限制ESC的沉积区域。
这种融合式多工艺方法使ESAM能够将ESC的高生产率与WAAM的几何控制相结合。在这项研究中，研究团队通过制造环形几何体来演示该方法，其中GTAW成形的墙体随后使用ESC进行填充。
评估堆叠策略和材料性能
作为融合过程的先导，研究人员首先在增材制造环境中独立研究了ESC。他们评估了两种珠粒堆叠策略：直接堆叠（ESAM-D）和交错堆叠（ESAM-S）。微观结构分析表明，两种堆叠策略均呈现出强烈的⟨001⟩方向织构，且来自钢基体的铁稀释主要局限于第一层沉积层。力学性能测试表明，直接堆叠的屈服强度和极限抗拉强度略高，而交错堆叠则显著提高了延展性。研究人员认为，这些差异主要源于铁稀释程度和由此产生的变形机制的不同。
收敛型ESAM在各个界面上表现出一致的特性
当ESC填充材料与GTAW挡土墙以完整的ESAM结构结合使用时，微观结构和纳米压痕分析表明，GTAW挡土墙的存在并未对材料性能产生不利影响。GTAW、ESC和界面区域的硬度和弹性模量保持一致，晶粒取向差测量结果表明塑性应变累积极小。研究人员指出，ESAM生产的625合金表现出与铸造材料相当的拉伸性能，这支持了将该工艺扩展到超过一吨的部件的可行性。
与线切割WAAM相比，具有更高的成型速度
沉积速率测量结果表明，基于ESC的ESAM在纯ESC配置下可实现约22.7 kg/h的沉积速率，而在融合配置中采用ESC填充时，沉积速率为11.3 kg/h。这些速率比送丝WAAM高3到6倍，同时保持了相当的机械性能。
大规模工业应用前景展望
为了进一步推动ESAM技术的工业化应用，研究团队正在开发全自动化的ESAM工作单元，该系统将整合ESC和GMAW（气体金属弧焊）技术，为大规模生产提供高效的解决方案。未来的研究将集中在大尺寸力学测试、原位合金化以及功能材料分级等方面，以优化工艺并增强ESAM的应用前景。
ESAM技术被视为加速金属增材制造行业发展的重要突破，尤其适用于需要快速生产大型金属部件的应用领域，如能源、航空航天和重型制造等。通过提高构建速度和增强供应链弹性，ESAM为这些行业带来了巨大的创新潜力。研究团队还指出，结合机器学习等先进技术，ESAM工艺有望进一步提升监控、稳定性与预测控制，为金属增材制造的规模化应用提供更多解决方案。
来源：南极熊
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