9月17日，北京市人民政府门户网站与天津经济技术开发区先后披露，北京理工大学机械与车辆学院教授刘长猛团队研发的钛合金3D打印技术，近日在天津滨海-中关村展开中试放大验证。这项技术把钛合金的冶炼、铸造、焊接等10多道传统工序简化为一次打印成型，结构件生产成本从每公斤4000元降至1000元，本轮中试的目标是直径3米的水下耐压壳体。
从10多道工序到一次成型：成本降到四分之一
传统钛合金结构件的制造是一条很长的链条：冶炼、铸造、锻造、焊接、机加工、热处理，10多道工序环环相扣，每一道都要开模、排队、检验，材料利用率低、周期长、成本高。刘长猛团队用了四年时间，把这条链条压缩成一次打印成型。
效果直接体现在报价上。结构件生产成本从每公斤4000元降至1000元，降幅达到四分之三。这个数字的意义在于，钛合金过去之所以在深海领域难以规模化应用，核心障碍不是性能不够，而是造价太高。价格降下来之后，原本被碳钢占据的场景才有了替换的可能。
另一个被攻克的是工艺性难题。钛合金3D打印长期受困于开裂，团队依托自主研发的散热方案解决了这一问题。在实验室阶段，团队做的是厘米级的样件验证；这次中试直接瞄准直径3米的水下耐压壳体，完成后将进行水下耐压测试。从厘米级跳到米级，考验的不只是设备幅面，还有热应力控制、组织一致性与缺陷检出能力。
| 对比项 | 传统制造路径 | 3D打印一次成型 |
|---|---|---|
| 工序数量 | 冶炼、铸造、焊接等10多道 | 一次打印成型 |
| 结构件成本 | 每公斤4000元 | 每公斤1000元 |
| 验证尺寸 | 受模具与锻件能力限制 | 厘米级样件到直径3米壳体 |
把工序合并带来的不只是成本下降，还有设计自由度的提升。传统路径下，结构越复杂、模具越贵、废品率越高，工程师往往被迫向工艺妥协；一次成型则让复杂内部流道、异形封头这类过去难做的形状变得可行。
为什么是钛合金：深海装备的材料瓶颈
随着油气开采持续向深海领域拓展，相关设备所用的耐压材料需求增长明显。以往这类装备主要是碳钢材质，钛合金具备强度高、耐腐蚀等优势，但由于造价高，没法在深海领域实现规模化应用。
从材料特性看，钛合金的密度仅为钢的60%左右，同时具备耐海水冲刷、无磁性、无冷脆性等特点，在海水中腐蚀速率近乎为零。这些特性决定了它是深海装备耐压壳体的核心原材料。深海装备耐压壳体的作用是抵抗深海高静水压力，为内部设备提供安全干燥的密闭空间，直接决定装备的安全性、作业深度与使用寿命，应用覆盖军用潜艇、海底观测网、海底数据中心、无人潜航器、载人深潜器以及深海采矿装备。
按材料类型，耐压壳体可分为钛合金、高强度钢、碳纤维复合材料、特种玻璃以及特种陶瓷等；按结构形式，又可分为圆柱形、球形、椭圆形、方形以及半球形封头圆柱壳体。我国钛资源储量丰富，但企业过去集中于生产低端钛材，高端产品长期依赖进口。近年来随着本土企业持续发力，船舶海洋工程用钛合金产量不断提升，为耐压壳体行业提供了材料基础。
技术底座：多弧并行增材制造与悬空结构无支撑
支撑这次中试的，是刘长猛团队长期积累的多弧并行增材制造技术体系。团队突破了悬空结构无支撑3D打印的技术难关，提出脉冲电弧辅助热丝的悬空结构自由成形新工艺，建立了大型金属点阵结构3D打印新方法；并自主研制了10弧、16弧、40弧并行3D打印系列装备，实现10米级点阵结构3D打印以及效率量级提升。
结构层面，团队主攻的是点阵夹芯结构，这类结构具备轻量化与多功能的双重优势。作为轻量化型材，轻质多功能点阵夹芯结构相对传统结构可减重30%以上，同时兼具减振降噪、抗爆防护功能，适用于船舶、潜艇、装甲车辆等领域。作为低成本型材，钢板点阵混凝土结构是一种新型海洋基建材料，相对全钢结构海洋平台可显著降低用钢量，综合建造成本降低70%以上，适用于海洋浮式风电、岛礁建设等场景。
团队背景也解释了这项技术为什么能走到中试。刘长猛是北京理工大学机械与车辆学院长聘教授、博导，主持国家重点研发计划项目并担任首席科学家，共发表学术论文106篇，其中以第一或通讯作者发表SCI论文56篇，以第一发明人授权国家发明专利21项，成果应用于兵器、航天、航空、船舶等国防领域。其研究方向覆盖多弧并行增材制造控形控性机理、智能增材制造系统与装备，以及超大型海洋浮式平台、超大翼展飞行器等新质装备。
中试与产业化：滨海中关村与三家意向客户
今年上半年完成研发后，北理工在滨海-中关村建有中试基地。本周起，围绕不同企业的需求，团队在这个基地展开中试放大验证。属地滨海中关村也帮助其对接中国海油、德赛海洋工程、瀚海蓝帆等意向客户，企业向北理工团队开放应用场景，团队结合企业需要，对3D打印技术进行落地验证，推动北京成果尽快在津转化。
这种北京研发、天津转化的路径选择有明确的产业逻辑。刘长猛介绍，天津有海洋产业，而这项技术主要就是面向海洋。钛合金在海上需求量非常大，但由于价格因素目前应用并不多。价格降下来之后，这项技术还可以应用于水下机器人、化工反应釜等场景。
从应用清单看，团队瞄准的是海底电缆、油气管道等多个领域。这些场景的共同点是对耐蚀性、寿命与可靠性要求极高，且单件尺寸大、批量小，恰好是模具成本占比最高的区间，也是增材制造最容易体现经济性的区间。对制造企业来说，用打印替代开模，等于把一次性投入变成了按件付费。
行业坐标：从技术突破到规模化还有多远
我国深海装备耐压壳体市场已有一定参与度，主要参与者包括宝色股份、宝钛股份、天力复合、航天智造、派克新材、中国重工等。天力复合推出的钛-钢复合材料，已在深海油气开采设备耐压壳体和管道系统中获得应用。2024年，南方海洋实验室成功研制出钛钢复合结构数据方舱耐压壳体缩比样机，直径1.2米、长4米，可用于国家级海洋综合试验场海底数据中心建设场景。
从行业阶段判断，我国深海装备耐压壳体正处于从技术突破向规模化发展的关键阶段。全球增材制造市场本身也在扩张，预测至2030年市场规模可达853亿美元，2026年至2030年复合增长率约23.41%。海洋经济与深海资源开发的推进，则从需求端为这项技术提供了落地窗口。
但需要保持清醒的是，中试不等于量产。直径3米耐压壳体的水下耐压测试尚未完成，深海装备的认证周期通常以年计，长期疲劳、腐蚀与批次一致性数据还需要时间沉淀。成本从每公斤4000元降到1000元，目前仍是研发与中试口径的测算，真正走到批量交付时，还要把设备折旧、后处理、无损检测与废品率一并算进去。这条路径能不能走通，最终要看中国海油这类终端用户是否把首件订单交出来。
把10多道工序压缩成一次打印，把每公斤成本压到四分之一，北理工这项技术的价值不只是省了钱，更是让钛合金从用不起变成用得起。当北京研发遇上天津的海洋产业，深海装备的材料账本正在被重写。
来源：北京市人民政府门户网站、天津经济技术开发区、新思界产业研究中心