团队基于特定潮汐涡轮叶片模型MHKF1（即MHK-Family 1，或MHKF1），着手设计翼梁。此叶片将装配于直径为2.5米的转子上（参见下图），额定功率为25千瓦。叶片自身长1.05米，采用多项新颖设计，以减少空化、腐蚀和噪音的产生。![]()
此项设计彰显精妙，关键在于翼梁需与叶片内部结构无缝适配，同时需承担叶片涉水时所承受的力。项目组使用计算机模型，量化设计的力学稳健度。![]()
早期测试表明，叶片承受了巨大的弯曲力（3.9 kN·m）与剪切力（5.6 kN），因此需选用坚固、高性能材料。即使叶片采取3D打印技术，一次性成形为单个组件，鉴于其必须承受流体动力载荷，因此，选材要求仍不可忽视。 翼梁是涡轮叶片的关键结构部件，因此材料必须满足强度、耐腐蚀性、耐用性和可制造性等多个重要标准。为选定适合MHKF1叶片的增材制造工艺，研究团队采用决策矩阵法——一套评分体系，详列所需材料特性（如强度、耐腐蚀性、韧性等）。根据叶片制造的关键标准对水翼梁性能的重要性，赋予了从区间为0 到 4 的权重。![]()
该团队考量了聚合物与金属的几种材料，在各项确定设计和评估后，选定了316L不锈钢作为目标材料。主要基于：• 耐腐蚀性：316L 不锈钢具有出色的耐腐蚀性，非常适合作为翼梁材质。
• 高强度：316L 不锈钢坚固耐用，可承受水流引起的剧烈弯折与扭转力。
• 适配LMD工艺：316L不锈钢与Meltio激光金属沉积工艺配合良好。以金属丝材形式送入，逐层熔化形成翼梁，打印成形就能提供必要的强度。
综上，316L不锈钢因兼备耐腐蚀性、高强度以及与Meltio 3D打印工艺适配性而被采纳。结构叶片翼梁由Ai-Build运用Meltio激光金属3D打印设备，依托Kuka机器人系统搭载的Meltio Engine装置，分层沉积构建部件。Meltio 打印设备安装在Kuka机械臂上有助于引导激光精确地沿着翼梁的形状移动。翼梁采用双层壁和100%实心金属芯打印而成，以增加强度。底部附加层次设计，便于成品轻松脱模。在整个过程中，直径为1 mm的316L不锈钢丝被送入系统，激光将其熔化并精确放置以形成翼梁的形状。2.4 打印挑战与解决方案
打印过程总体顺利，但也存在以下挑战：
1. 表面瑕疵：翼梁特定区域，尤其在悬空段（无下部支撑的构件），表面呈现波纹等不平整现象。原因在于钢液微垂，缺乏充分底部支撑。（图A与B）
2. 基板畸变：打印完毕后，基板（翼梁构建时的接口区）受LMD工艺引起的高温影响而扭曲。此变形阻碍了翼梁自基板的平顺脱离。（图C）
3. 尖端热累积：翼梁渐趋尖细，截面积递减，导致层间冷却时间紧缩。金属于局部过热凝聚，引发表面瑕疵。（图D）
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对于上述出现的问题，团队建议可调整层高、激光功率，甚至在打印过程中改变零件的方向，以减少表面缺陷；通过增加尖端附近各层之间的冷却时间或改善激光器的校准，可预防多余的金属堆积并提高打印质量。
2.5 后处理阶段翼梁打印完成后，需进行清洁-钻孔和攻丝的后处理。如图A所示，使用安装在研磨机上的钢丝轮和砂轮片清洁翼梁的外表面，抚平打印过程中造成的粗糙表面（见图A）； 翼梁根部（底座）需要安装孔，以便螺栓将其连接到涡轮机上。为避免干扰打印流程，孔洞未在打印时一并成形，反而通过采用CNC加工执行钻孔与攻丝，以确保准确性（图C）。![]()
翼梁经打印与清洁后，最后一步为拆卸基板并确保表面平整。至此，所有后期加工已然完毕，翼梁即将置于试验台，接受严格的结构验证程序，确认其承压实力匹配实际工况。
定向能量沉积（DED）在复杂海洋结构领域的应用标志着显著进展，特别对海洋能源产业具深远意义。制造全尺寸MHKF1涡轮叶片结构翼梁的成功案例，有力佐证了DED技术在生成传统工艺难及的复杂几何形态方面的能力。综上所述，该研究为采用增材制造技术构建海洋流体动力结构确立了标准化流程，为后续的优化和经济性分析铺平道路。
