美国橡树岭国家实验室（ORNL）联合 ARC Specialties 成功展示了一种新型高吞吐量金属增材制造技术——电渣增材制造（ESAM）。该工艺结合电渣带状堆焊（ESC）与线弧增材制造（WAAM），在保持几何精度的同时，实现远高于传统金属 3D 打印的沉积速率。研究表明，ESAM 制备的 Alloy 625 在力学性能上可媲美铸造材料，具备制造多吨级大型金属构件的潜力，尤其适用于能源与重工业领域。
美国橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员与工业合作伙伴 ARC Specialties 合作，开发并验证了一种全新的高吞吐量金属增材制造工艺，旨在用于制造大型、近净成形金属构件。该技术被称为电渣增材制造（Electroslag Additive Manufacturing，ESAM），通过将电渣带状堆焊（ESC）与线弧增材制造（WAAM）相结合，实现了远高于传统线材增材制造工艺的沉积效率。
相关研究成果已发表在期刊《Additive Manufacturing Letters》上。论文中以 Alloy 625 为研究对象，对 ESAM 工艺进行了系统评估，结果表明，该工艺在显著提升成形速率的同时，所获得材料的力学性能可与铸造材料相当。研究人员指出，该方法有望用于制造目前依赖铸造和锻造工艺生产的多吨级大型构件，尤其适用于能源行业相关应用。
研究团队展示了一种采用 ESAM 制备的 Alloy 625 环形结构，该结构由气体钨极氩弧焊（GTAW）打印的围挡壁与电渣堆焊（ESC）填充区域共同构成，验证了多工艺协同制造的可行性。
ESC 是一种以高沉积速率著称的焊接工艺，但由于熔渣和熔池难以控制，长期以来在增材制造领域的应用受到限制。为解决这一问题，研究人员将 ESC 与 WAAM 相结合，利用 GTAW 先行构建围挡壁，以约束 ESC 过程中熔渣和熔池的流动范围，从而实现稳定沉积。
这种融合式、多工艺协同的方法，使 ESAM 同时具备 ESC 的高生产效率和 WAAM 的几何成形控制能力。在研究中，团队通过先打印环形围挡结构，再采用 ESC 进行内部填充，成功演示了该方法在复杂结构制造中的应用潜力。
在实施完整的融合工艺之前，研究人员首先对 ESC 单独用于增材制造的可行性进行了研究，并评估了两种不同的焊道堆叠策略：直接堆叠（ESAM-D）和交错堆叠（ESAM-S）。
显微组织分析表明，两种堆叠方式在构建方向上均表现出明显的 ⟨001⟩ 晶体织构特征，来自钢基板的铁元素稀释主要集中在首层沉积区域。力学性能测试结果显示，直接堆叠方式具有略高的屈服强度和抗拉强度，而交错堆叠方式则表现出显著更高的延性。研究人员认为，这些性能差异主要源于铁元素稀释程度不同以及由此引发的变形机制差异。
在完整的 ESAM 融合工艺中，当 ESC 填充区域与 GTAW 围挡壁结合使用时，显微组织分析和纳米压痕测试结果表明，GTAW 围挡的存在并未对材料性能产生不利影响。在 GTAW 区域、ESC 区域及其界面处，材料的硬度和弹性模量保持一致，晶粒取向差分析结果显示界面区域未出现明显的塑性应变集中。
研究结果显示，采用 ESAM 工艺制备的 Alloy 625 在拉伸性能方面可与铸造材料相媲美，进一步验证了该工艺向单件质量超过一公吨的大型构件规模化扩展的可行性。
在沉积效率方面，测试结果表明，基于 ESC 的 ESAM 工艺在纯 ESC 配置下的沉积速率约为 22.7 kg/h，而在融合工艺配置中用于填充的 ESC 沉积速率约为 11.3 kg/h。研究人员指出，这一沉积速率约为传统线材 WAAM 工艺的三到六倍，同时仍能保持相近的力学性能水平。
研究团队目前正致力于开发一套完全集成的机器人 ESAM 工作单元，通过协同控制 ESC 与气体金属弧焊（GMAW）系统，推动该工艺从实验室验证阶段向自动化制造平台过渡。后续研究将重点放在更大尺寸试件的制造、完整尺度力学性能测试，以及原位合金化和功能梯度材料等先进制造能力的探索上。
研究人员认为，ESAM 为需要制造大型、近净成形金属构件的应用场景提供了一条新的技术路径，尤其在对成形效率和供应链韧性要求较高的领域，具备推动金属增材制造加速落地的潜在价值。
相关研究同时表明，业界正在通过多种路径推动金属增材制造的规模化发展。近期有研究展示了如何将机器学习方法应用于定向能量沉积（DED）工艺，以提升过程监测能力、稳定性和预测控制水平，从而解决金属增材制造在工业放大过程中面临的挑战。
此外，比利时初创公司 ValCUN 推出了一种用于铝合金的熔融金属沉积技术，并将其定位为粉末基金属增材制造系统的线材替代方案。这些研究和技术进展共同反映出金属增材制造领域正在朝着更高沉积速率、更多样化能量与送丝方式以及更高工艺鲁棒性的方向发展，以满足大规模、成本敏感型工业生产应用的需求。
