武汉理工大学陈云教授团队，首次把金属3D打印技术用在船闸油缸迷宫式缓冲套上，实现水利工程领域技术突破。 9月16日，随着5000吨级货船缓缓驶过马道枢纽船闸，平陆运河正式通航。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。在这项世纪工程背后，还藏着一项水利工程领域的技术突破：武汉理工大学陈云教授团队，首次把金属3D打印技术用在了船闸油缸的迷宫式缓冲套上，解决了一个让工程界头疼的难题。广西南边就是北部湾，但以前广西和云贵一带的货物要出海，只能沿西江向东，绕道珠三角，再折回大海，一绕就是560多公里。平陆运河相当于在分水岭上“凿”开一道口子，让西江的水直接流向南部海湾，一下子把路程拉直了。虽然水路拉直了，但运河起点比入海口高出约65米，相当于20多层楼。如果直接开河，水流太急，船根本走不稳。于是建设者建了马道、企石、青年三座梯级枢纽，像一组“水上电梯”，让船一级一级平稳地“上楼”“下楼”。这三座枢纽里，藏着不少世界级纪录。比如企石枢纽的输水阀门，开启只要1分钟，关闭只要30秒，速度是常规船闸阀门的2到4倍，被业内称为“世界最快”。为了省水，平陆运河还首创了三级叠合式省水池，阀门数量多达32扇，是普通船闸的4倍；高峰时，马道枢纽的阀门一天要启闭近百次。阀门越快，刹车越难。这些阀门个个重达数十吨，高速落下时如果最后不“踩刹车”，巨大的撞击力足以震裂混凝土。马道枢纽上下游最大水位差达29.6米，约10层楼高，阀门最后几十厘米的行程，必须稳稳慢下来。这个“刹车”，就是液压启闭机油缸里的缓冲套——它靠液压油流过细小通道时的阻力，让活塞在接近终点时减速。但是，当阀门速度被提高到常规的4到5倍，传统缓冲套就顶不住了：一是压力波动大、缓冲不线性；二是特别依赖加工和安装精度，稍有一点误差就得反复调试。更麻烦的是，新设计的缓冲套内部流道又细又弯，层层叠叠像迷宫。这种结构，用车、铣、铸、锻等传统工艺，根本做不出来，或者做出来精度无法保证。这个小小的缓冲套，一度成了整条运河能否“快起来”的关键瓶颈。（中间模型内部流道做概念化抽象处理，仅用于展示原理 图源：华曙高科）武汉理工大学陈云教授团队接下了这个难题。团队成员胡楷雄副教授发现，航空航天领域也有类似的复杂缓冲结构，而那种结构只能靠高精度金属3D打印来制造。团队由此想到：能不能把这套思路搬到水利工程上？研究团队扎进实验室，经过一年打磨、反复验证，终于造出了符合平陆运河标准的缓冲套。从外面看，它只是一个光滑的中空金属圆柱体，奥妙全在内部——精心设计的迷宫式流道。液压油高速通过这些弯道时，会在反复变向和摩擦中消耗巨大动能，既支撑阀门高速启闭，又能在最后约28厘米的行程里产生强力反向阻力，让数十吨重的阀门稳稳“软着陆”。制造环节，团队依托华曙高科的4激光FS350M设备，把两款规格的缓冲套一体打印成形，连续打印了165个小时。所谓一体成形，就是让复杂流道直接在金属内部“长”出来，不用拼接、不用二次加工，整体性能和流道精度都有了保证；同时，高精度打印也降低了对配合间隙的苛刻要求，装配调试省心不少。这项技术已于2025年正式通过验收。相关权威论文披露：通过数值仿真和试验验证，迷宫式缓冲套相比传统螺旋槽缓冲套可实现分级缓冲，把缓冲阶段的峰值压力降低约80%；在流道最窄处，液压油流速可达每秒上百米，而缸体速度能平滑地从每分钟8到9米降到2米，真正做到“快而不抖、稳而不撞”。为了确保可靠，团队还在武汉搭建了全尺度试验平台，进行了数千次模拟运行，反复调整，最终全面达标。业内专家评价，这套方案为国内外省水船闸阀门快速启闭设计，提供了极具价值的“平陆运河方案”。相关技术也已申请国家发明专利，形成了从结构设计到制造工艺的完整链条。此次金属3D打印技术在迷宫式缓冲套制造中的成功应用，是增材制造技术在水利工程高端装备领域的里程碑式突破，不仅为平陆运河超级工程冲刺通航注入关键技术动能，也进一步拓展了金属3D打印在水利、交通等国家重大基础设施建设领域的应用边界。
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