如果一个关键航运命脉的核心部件突然损坏，而传统制造需要18个月才能交付替换件时，该怎么办？
最近，TCT Magazine报道了一起案例。
美国苏圣玛丽船闸（Soo Lock）一套已经运行60年的拦船系统突然出现裂纹，而船闸却必须在几个月后重新开放。面对几乎“不可能完成”的交付周期，林肯电气（Lincoln Electric）最终采用WAAM技术，仅用3个月便完成了这一超大型金属部件的制造。
某种意义上，这不仅是在修一个零件，更是在验证：当传统制造“来不及”时，增材制造是否真的能够接管关键工业场景。
在冬季停运维护前夕，苏圣玛丽船闸拦船系统的部件损坏，引起了美国陆军工程兵团（USACE）的高度关注。虽然工程团队通过临时修复让系统维持运行，但随着船闸将在3月重新开放，他们必须尽快找到一套更加长期、可靠的解决方案。
如果继续采用传统铸造方式制造替换零件，漫长的交付周期很可能影响美国价值1.1万亿美元的航运体系，因此寻找替代方案已经迫在眉睫。
最终，USACE将目光投向了增材制造，并采用了林肯电气（Lincoln Electric）的电弧增材制造（WAAM，Wire-Arc Additive Manufacturing）技术。
苏圣玛丽船闸是美国最重要的航运通道之一，每年有超过7000艘船只从这里通行，运输货物总量高达7500万吨。经过这里的船型和载重差异很大，常见货物包括铁矿石、煤炭、粮食以及石料等。
船闸中的拦船系统是一套重载液压闸门机构，主要作用是在船只靠近时保护人字闸门免受撞击，从而保障整个航运体系稳定运行。
而此次出现问题的杠杆臂，则负责稳定并引导拦船系统滚动机构的运动。当拦船横梁升起或下降时，这个部件会承担关键的受力与导向作用。
之所以考虑采用增材制造，一个重要原因在于：它特别适合小批量、快速交付的复杂零件生产。
原始部件已经服役数十年，属于典型的“稀缺定制件”，想重新采购几乎非常困难。而如果采用传统铸造工艺，交付周期长达18个月，根本无法赶上船闸既定的维护窗口。
更棘手的是，这个零件不仅尺寸巨大——高度接近14英尺（约4.27米），重量超过6000磅（约2.7吨），还必须具备极高的强度、耐久性以及抗应力能力。
综合这些条件后，林肯电气的WAAM技术被认为是最合适的解决方案。
在项目推进过程中，林肯电气与USACE以及美国陆军工程研发中心（ERDC）展开合作，首先优化了零件设计，并制定了打印策略。
最终，团队采用WAAM技术将杠杆臂分成两个部分进行打印，其中一部分重量约4000磅，另一部分重量约2000磅。材料方面选用了高强度低合金钢（HSLA），其性能表现甚至超过原有部件的设计要求。
随后，林肯电气旗下子公司Baker Industries对打印件焊接区域进行了预加工处理，通过加工焊接接头表面，确保装配更加精准，同时减少潜在缺陷并提升整体结构强度。
接下来，团队使用激光跟踪系统对两部分结构进行精确定位，并临时安装类似Strongback结构的支撑加固装置，以确保焊接过程中对齐精准并增强结构稳定性，从而有效降低焊接变形风险并保证尺寸精度。
之后，Baker Industries按照既定焊接工艺规范（WPS）完成焊接，并采用完全熔透（CJP）V形坡口焊接方式，以确保结构强度满足要求。
焊接结束后，林肯电气委托第三方企业进行最终精加工，并依次开展热应力消除、严格尺寸检测以及射线探伤测试。
在整个过程中，两部分打印件在成型后均进行了3D扫描，用于生成“余量模型（Stock Model）”。
由于WAAM工艺具有层状堆积特征，打印后的表面通常较为粗糙，与CAD模型中的理想光滑表面存在差异。因此，余量模型能够帮助工程团队基于真实打印状态开展后续加工，而不是完全依赖理想化CAD数据，从而提高加工精度和制造可靠性。
这套3D打印杠杆臂最终于2024年3月完成安装，并赶在3月22日船闸重新开放前投入使用。
林肯电气的WAAM制造流程仅用了3个月就完成整个项目，相比传统方案，交付周期缩短了84%。合作各方表示，这一成果不仅保障了美国关键航运体系的稳定运行，也有效避免了长时间停运可能对美国经济造成的连锁影响。
相较于传统工艺制造的同类部件，该增材制造杠杆臂在经过材料选择与工艺优化后，结构强度实现了约20%至30%的提升。
这一杠杆臂也被认为是美国土木工程领域采用3D打印制造的最大部件之一。
美国陆军工程研发中心（ERDC）岩土与结构实验室研究机械工程师 Zack McClelland 博士表示：“Poe船闸拦船臂项目充分展示了该技术在复杂结构制造中的能力，也预示着大型零部件制造方式正在进入一个新的阶段。”
在2024年Poe船闸拦船杠杆臂完成安装后，林肯电气指出，该案例为大尺寸金属3D打印在基础设施领域的应用提供了重要实践参考。
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