由欧盟“地平线欧洲”计划资助、由17家合作伙伴联合实施的PIONEER项目近日顺利收官。该项目于2023年启动，总体目标是构建一个开放、可互操作的先进制造数字流水线，以推动欧洲各行业部署。在此框架下，一项关键工作是应用MX3D的电弧增材制造（WAAM）技术，生产面向土木工程行业的承重混合钢结构。为期三年的项目证明，在完全数字化的优化工作流支持下，使用WAAM技术提升传统钢部件性能而不显著增加材料用量，确实是可行的。

总部位于荷兰的MX3D公司专注于大型机器人金属增材制造，最著名的成就是建造了阿姆斯特丹首座3D打印运河桥。该公司的WAAM技术采用电弧熔化金属丝材，并通过机械臂逐层沉积，具有快速沉积和高几何自由度。该定向能量沉积（DED）工艺可生产出近净形的致密部件，并可结合CNC加工实现高公差要求。该技术还适用于在现有钢基材上进行打印。

在PIONEER项目中，MX3D主导了一条基于WAAM的试点产线，目标是提高承重混合钢结构生产的一致性和效率。与联盟伙伴（特别是伦敦帝国理工学院）紧密合作，该公司成功利用多学科优化增强了机器人增材制造工作流。MX3D表示，PIONEER项目的工作“成功为经过认证的路径规划策略奠定了基础，减少了对物理原型的依赖，提高了高混合/小批量生产系统的效率”。

该试点产线采用整体生产方法，从早期阶段就考虑WAAM设计原则。这使得合作伙伴能够建立一套混合设计、制造与验证工作流，能够在不显著增加材料的前提下，构建出承载力提升的混合钢结构。例如，试点产线成功生产了多个结构件，其中包括高性能混合节点，其承载力显著提高。具体而言，WAAM被直接用于在标准方管型材上沉积钢材，所制成的节点平均承载力提升300%，而材料用量仅增加100%。在另一个演示中，MX3D与合作伙伴通过策略性的3D打印加强筋强化了钢工字梁，最终混合结构承载力提升35%，而质量仅增加5%至16%。

PIONEER WAAM试点产线最大的成功之一，是生产了22个3D打印节点，并组装成一个10米长的承重桁架。得益于数字工作流以及设计与验证方面的进步，每个节点均一次性成功打印。所有这些用例均在伦敦帝国理工学院实现，该校配备了一套最先进的MX3D WAAM系统，研究团队专注于通过结构设计优化、混合钢部件测试与验证来推动数字驱动的工作流。英国软件公司LimitState也为优化提供了支持。

伦敦帝国理工学院结构工程助理教授Pinelopi Kyvelou表示：“PIONEER项目证明，混合WAAM不仅是一个创新理念，更是一种结构上可行的解决方案。通过系统性的部件和全尺度系统测试，我们不仅验证了性能提升，还证明了其一致性与可靠性——这对于结构工程中的实际应用至关重要。”

MX3D研发经理Filippo Gilardi补充道：“从MX3D的角度看，PIONEER项目表明WAAM能够融入混合基础设施的真实生产环境，并且已准备好从试点项目走向更广泛的工业应用，尤其是我们的集成数字工作流、3D扫描和更智能的刀具路径规划已经以实用方式整合在一起。”