瑞士联邦材料科学与技术研究所探索WAAM修复钢结构疲劳寿命延长四倍

维度网讯，瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）的研究团队利用电弧增材制造技术，对受损钢制部件进行修复和加固，以延长桥梁等基础设施的使用寿命。该技术通过机械臂和电弧熔化焊丝，将金属逐层沉积到基板上，从而在开裂或受损的钢结构上“贴补丁”。

钢铁在建筑结构中被广泛使用，但腐蚀或应力可能导致其损坏。修复开裂的钢制部件通常成本高昂且操作困难。Empa的研究旨在解决这一问题，通过优化3D打印加固件的几何形状来分布应力，阻止或减缓裂纹扩展。团队强调，加固效果的关键在于形状而非材料用量。

在实验中，研究人员将钢加固件打印到不同尺寸的开裂钢板上，并进行反复加载测试。结果显示，经过WAAM修复的钢板疲劳寿命最多可延长四倍，其中带有两层阶梯式加固件的钢板表现最佳。

然而，该方法也存在挑战。3D打印补丁的几何形状设计不当可能造成新的应力集中，风险点在于打印金属与钢基材的接触区域。此外，多数WAAM系统基于工业机械臂，运输到基础设施现场存在困难。目前，受损部件需拆卸后送至车间维修，这对于安装在结构内部的部件并不现实。移动式WAAM 3D打印机的发展有望改善这一状况。

除修复应用外，Empa团队还在探索利用金属增材制造和智能几何形状，生产在极端载荷下可屈服并在载荷减轻后恢复原状的结构。这类结构适用于地震多发区域以及需要抗振的桥梁和技术装置。研究团队也在关注需要抗应力且重量最小的机械部件生产应用。

金属WAAM技术在修复领域展现出广阔前景。例如在海洋工业中，该技术被用于按需修复。团队表示，通过3D打印，可在结构需要的位置精确施加金属加固件，从而节省材料、能源和成本。

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