英國原子能管理局(UKAEA)已在其最近開放的中央支持設(shè)施(CSF)啟用兩臺增材制造(或3D打印)機(jī)器，采用互補(bǔ)方法制造未來聚變機(jī)器組件。

核聚變在未來全球低碳能源發(fā)展中作用關(guān)鍵，但未來核聚變電站組件需在極端溫度、高中子負(fù)載和強(qiáng)磁場等復(fù)雜且具挑戰(zhàn)性的條件下運行，這要求其具備復(fù)雜的材料組合和精密的工程設(shè)計。增材制造適合小批量生產(chǎn)設(shè)計復(fù)雜的材料，未來每臺核聚變機(jī)將高度個性化，需定制組件，因此UKAEA相信3D打印技術(shù)在未來核聚變領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，可降低精密制造成本。目前，UKAEA已委托這兩臺機(jī)器演示兩種互補(bǔ)的3D打印方法用于生產(chǎn)核聚變組件。

其中，F(xiàn)reemelt公司制造的eMELT電子束粉末床熔合(E - PBF)增材制造設(shè)備，將利用電子束技術(shù)把鎢粉末熔合成密度幾乎達(dá)100%的固體部件，用于將鎢層壓到銅鉻鋯合金、不銹鋼以及專為熔合設(shè)備開發(fā)的特殊鋼材Eurofer 97等其他材料上。SLM280(選擇性激光制造)由尼康SLM公司制造、Kingsbury Machine Tools公司提供并由Additure公司支持，將用于試驗生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀和材料組合的部件，這些部件對核聚變電站的成功至關(guān)重要。

這兩種3D打印技術(shù)都將支持制造在運行生命周期內(nèi)會暴露于極端溫度的面向等離子體的部件，還能減少對焊接等傳統(tǒng)技術(shù)的依賴，從而減少制造工序和連接工藝的數(shù)量。

UKAEA制造、安裝和維護(hù)運營主管Roy Marshall稱，未來的聚變發(fā)電廠將需要數(shù)千個甚至數(shù)百萬個具有復(fù)雜幾何形狀的組件以承受聚變環(huán)境的極端條件，增材制造對大規(guī)模開發(fā)這些部件實現(xiàn)商業(yè)化核聚變至關(guān)重要。UKAEA委托兩臺互補(bǔ)的增材制造機(jī)器，旨在證明聚變組件可在生產(chǎn)規(guī)模上打印，使聚變行業(yè)能開發(fā)原本在商業(yè)上無法實現(xiàn)的組件，且與傳統(tǒng)制造方法相比，這些機(jī)器能更高效地生產(chǎn)零件和幾何形狀。許多公司擁有電子束機(jī)或選擇性激光制造技術(shù)，但同時具備這兩種能力并能大規(guī)模生產(chǎn)零部件，在聚變行業(yè)尚屬首次。

Freemelt歐洲、中東和非洲地區(qū)經(jīng)理Viktor Valk表示，很榮幸支持UKAEA推進(jìn)聚變能商業(yè)化的重要工作，eMELT工業(yè)設(shè)備用于生產(chǎn)聚變能機(jī)器中暴露于極端條件下的鎢等離子體組件，是E - PBF技術(shù)在聚變能開發(fā)應(yīng)用中的重要一步。尼康SLM解決方案英國和北歐地區(qū)業(yè)務(wù)總監(jiān)Christoph Barefoot稱，聚變代表能源未來，需大膽創(chuàng)新和值得信賴的合作，尼康SLM很榮幸以行業(yè)領(lǐng)先的選擇性激光熔化技術(shù)支持UKAEA使命，幫助制造復(fù)雜、高性能的聚變組件，使其更具可擴(kuò)展性，這一里程碑讓商業(yè)化聚變及更可持續(xù)的未來更近一步。

聚變支持中心(CSF)將這項技術(shù)與專用車間整合到一座建筑中，與UKAEA的制造支持團(tuán)隊和特殊技術(shù)小組一起，促進(jìn)制造團(tuán)隊間協(xié)作并為聚變研發(fā)提供支持。目前，UKAEA正致力于為未來聚變能源工廠至關(guān)重要的大規(guī)模生產(chǎn)尋找商業(yè)合作伙伴。兩臺機(jī)器現(xiàn)在將開始生產(chǎn)高難度幾何形狀，進(jìn)行實驗探索增材制造材料的特性，隨后將進(jìn)入鎢和銅鉻鋯層壓制造的初始階段。