2026年9月16日，平陆运河正式建成通航。这是新中国成立以来首条由国家层面统筹建设的通江达海运河工程，也是西部陆海新通道的骨干项目。在这项总投资约727亿元的世纪工程里，一个直径不到30厘米的不锈钢零件，成为金属3D打印进入国家重点水利工程的第一个注脚。武汉理工大学陈云教授团队首次将金属3D打印技术应用于船闸油缸迷宫式缓冲套，依托华曙高科4激光FS350M设备历经165小时连续打印一体成形。
一、134.2公里与29.6米水头：这条运河为什么难
平陆运河2022年8月28日开工，北起南宁横州市西津库区平塘江口，向南途经钦州灵山县陆屋镇，沿钦江汇入北部湾，航道全长134.2公里，按照内河一级航道标准建设，满足5000吨级船舶通行要求。通航后，西南地区货物经此出海，较传统路径缩短内河航程560公里以上，每年可节约运输费用超50亿元。它被定义为广西及西南地区通往东盟最便捷的水运通道。
工程整体创下四项世界之最，其中马道枢纽一项与本文要讲的零件直接相关。马道枢纽是平陆运河的第一梯级枢纽，坐拥世界在建最大、水头最高、运行最快内河省水船闸三项世界之最，西江流域与钦江水系的自然落差在这里形成了29.6米的世界第一自然水头。
水头越高，船闸阀门的受力越大，启闭耗时通常也越长。而马道枢纽要做的恰恰相反：闸门开启时间要从常规的4分钟压缩至1分钟，关闭仅需30秒，而阀门本身重达70吨。快速切换带来了新问题，阀门在高速运动中临近行程终点时若不减速，冲击会直接转化为设备损耗。而这座船闸建成后，高峰期阀门每天要启闭近百次。这意味着任何一处缓冲结构的性能不足，都会被高频动作迅速放大。
二、70吨阀门的最后28厘米：传统工艺的瓶颈
解决冲击问题的部件是迷宫式缓冲套。按平陆运河建设管理团队介绍，其内部设计了迷宫般曲折蜿蜒的复杂流道，应用于阀门液压快速启闭机系统后，能够精准控制液压油的高速流动，既支撑闸门的高速开启与快速关闭，又能在阀门行程的最后28厘米实现缓冲，避免设备撞击损耗。这最后28厘米，正是整个缓冲设计的关键窗口。
但传统液压油缸缓冲结构本身存在压力波动大、缓冲线性度差的问题，且缓冲效果高度依赖缓冲套与缓冲环的配合间隙，加工安装误差容易导致反复调试，给现场装配带来诸多不便。为适配船闸高速运行需求而设计的迷宫式缓冲套，内部流道曲折复杂，这类结构无法通过车、铣、铸、锻等传统工艺实现，成为制约船闸运行的难题。
这正是金属增材制造的用武之地。内部复杂流道属于传统减材加工难以实现的类型，而增材制造可以一体成形，省去多件加工后再装配或焊接的环节，对高压、高频动作下的可靠性也更为有利。换句话说，这里的工艺路线选择顺序是反过来的：不是因为要推广增材制造才去设计复杂结构，而是因为缓冲性能要求逼出了内部迷宫流道，而这个结构只有增材制造能实现。
三、165小时连续打印：两款规格缓冲套如何成形
据华曙高科披露，此次打印的缓冲套分为两款规格，采用华曙高科4激光FS350M设备全程165小时完成打印。小件尺寸为外径190毫米、内径160毫米、高度250毫米，大件尺寸为外径290毫米、内径250毫米、高度280毫米，打印材料为不锈钢，打印层厚80微米。这是行业内首次采用金属3D打印的油缸缓冲套。
设备本身的能力边界决定了零件能否一次成型。FS350M的成型缸尺寸为433毫米乘358毫米乘400毫米，标配4个激光器，可打印不锈钢、模具钢、钛合金、铝合金等多种材料。4激光配置的意义在于把长时打印的窗口压缩到工程可接受的范围内，而165小时连续打印对设备稳定性、粉末循环与过程监控提出了很高要求。
从结果看，增材制造带来的是多重适配。其一，结构稳定性大幅提升，无需拼接即可完成复杂流道的精准成形，从根本上保证了缓冲套的整体性能。其二，省去了多件加工后再装配或焊接的环节，减少了潜在泄漏点。其三，一体成形让内部流道的设计自由度得到释放，缓冲线性度不再受制于装配间隙。华曙高科是科创板上市企业，拥有25年以上增材制造产业化落地经验，全球装机量超1500台，产品出口30多个国家，这套工业级设备与工艺积累正是此次应用的基础。
| 项目 | 具体参数 |
|---|---|
| 打印设备 | 华曙高科FS350M（4激光） |
| 打印材料与层厚 | 不锈钢，层厚80微米 |
| 打印时长 | 165小时连续打印一体成形 |
| 小件尺寸 | 外径190毫米、内径160毫米、高250毫米 |
| 大件尺寸 | 外径290毫米、内径250毫米、高280毫米 |
四、验证比制造更难：从1000次磨损到1比1工况平台
一个全新结构的零件要被装到国家重点工程的关键部位，验证比制造更难。建设管理团队联合生产厂家在武汉搭建起试验平台：把安装了迷宫式缓冲套的阀门液压快速启闭机平躺固定，另一台启闭机模拟阀门受力，开始启闭试验。试验进行到1000多次时，缓冲套开始出现磨损。
团队随即复盘数据，重新调整缓冲套材料，优化机械配合间隙，并增设一个缓冲套用于启门缓冲。更换设备后，又进行了3000多次试验验证，直至液压启闭机的耐用性完全达标。这种以万次量级计的动作测试，是重载长寿命场景的基本门槛。
真机工况的验证在另一处展开。2024年，团队遍寻国内科研院所与液压厂家，最终由近百名工程师历时3个月，在江苏常州搭建起一座1比1模拟真实工况的试验平台。参数调试期间，试验人员连续蹲守72小时、调整参数上百次；吊装70吨重的闸门时，历经8小时高空精准操作，使阀门与门槽实现毫米级贴合。过程中陆续暴露出油缸运行不稳、液压油温过高、管道密封圈偶发泄漏等问题，均逐一解决。第1000次一体化试验完成后，该试验正式通过验收，相关技术已于2025年通过验收。
五、水利工程的首个案例意味着什么
3D打印过去更多出现在航空航天、医疗植入物、模具等场景，进入水利工程的大型装备是一个新的应用面。它的价值不在于用了3D打印这个动作，而在于应用场景对可靠性的苛刻要求。船闸是典型的重载、长寿命、检修窗口极少的场景，一旦通航，很难为单个零件安排停机。这意味着零件的可靠性必须在设计阶段就解决，而不是靠后期维护兜底。
从这个角度看，平陆运河的案例提供了一个可复用的判断逻辑：当结构需求逼到传统工艺边界之外时，增材制造能够接住。这一逻辑在船舶海工领域已有标准体系的呼应，船级社《增材制造指南》等文件陆续落地，把增材部件的原材料认可、试样检测与可追溯性要求纳入认证路径。水利、能源等重载场景的认证要求虽然更分散，但方向一致。
当然，单个零件的成功并不等于批量复制的通行证。此次缓冲套属于定制化单件或小批量应用，要推广到更多船闸与水利装备，仍需建立稳定的工艺窗口，积累疲劳寿命与批次一致性数据。重载长寿命场景的可靠性数据往往需要数年时间沉淀，这也是增材制造进入基础设施领域必须支付的时间成本。但无论如何，金属3D打印在国家重点水利工程里的第一次登场已经完成，它为后续的标准制定、设计规范与验收方法提供了一个真实样本。
70吨的阀门要在30秒内关上，还要在最后28厘米温柔收住，这样的动作一天要重复近百次。当制造方式成为结构创新的前置条件，增材制造的价值就不再局限于替代某个零件，而是打开了原本不存在的设计空间。平陆运河通航的意义通常被概括为一条物流通道的打开，而让这条通道真正跑起来的，是一连串必须同时满足快与耐用的零件。
来源：华曙高科、南方财经网、光明日报、东方财富网