英国启用3D打印设备推动聚变技术

英国原子能管理局（UKAEA）已开始使用两台采用互补方法的增材制造（3D打印）设备，为未来的聚变装置制造部件。在最近开放的中央支持设施（CSF）中，UKAEA启用了一台电子束增材制造设备，主要用于将钨材料融入部件，以及一台选择性激光制造设备。

未来聚变电站中的部件需要在复杂且极具挑战性的条件下运行，包括极端温度、高中子载荷和强磁场。因此，这些部件需要复杂的材料组合和精密工程设计。

增材制造非常适合生产具有复杂设计且小批量的材料，对于聚变领域尤为理想，因为每台聚变装置都具有高度独特性，需要定制部件。UKAEA认为，3D打印可以在降低这种精密制造成本方面发挥重要作用。新启用的设备旨在展示两种互补的3D打印方法，用于生产聚变部件。

由Freemelt制造的eMELT电子束粉末床熔融（E-PBF）增材设备，将使用电子束技术将粉末形式的钨制成密度接近100%的固体部件。它将用于将钨材料层叠到其他材料上，如铜铬锆、不锈钢和Eurofer 97（一种专为聚变装置开发的特殊钢材）。

SLM280选择性激光制造设备将用于试验生产具有复杂几何形状和材料组合的部件，这对于成功实现聚变电站至关重要。SLM280由Nikon SLM制造，由Kingsbury Machine Tools提供，并得到Additure的支持。

这两种技术将支持制造面向等离子体的部件，这些部件在使用过程中会暴露在极端温度下。这些设备还将减少对焊接等传统技术的依赖，降低制造操作和连接工艺的数量。

“未来的聚变电站将需要成千上万甚至数百万个具有复杂几何形状的部件，以承受聚变环境中的极端条件。”UKAEA制造、安装和维护运营主管Roy Marshall表示，“UKAEA相信，增材制造对于以商业规模开发这些部件至关重要，从而使聚变具有商业可行性。”

他补充道：“我们启用了两种互补的增材制造设备，以证明聚变部件可以大规模打印，使得聚变行业能够在我们设施中开发那些在商业上难以实现的部件。使用这些设备可以比传统制造方法更高效地生产部件和复杂几何形状。”

他提到：“许多公司可能只拥有电子束设备或选择性激光制造技术，但在一个设施中同时具备这两种能力，并能够大规模生产部件，这在聚变行业尚属首次。”

Freemelt EMEA区域经理Viktor Valk表示：“使用Freemelt的工业设备eMELT生产暴露在聚变能源装置极端条件下的钨基面向等离子体部件，标志着我们E-PBF技术在聚变能源开发中的重要应用。”

Nikon SLM Solutions英国及北欧区域业务总监Christoph Barefoot表示，聚变代表了能源的未来，但只有通过大胆创新和可靠的合作才能实现。“在Nikon SLM Solutions，我们很自豪能够用我们行业领先的选择性激光熔化技术支持UKAEA的使命，帮助制造复杂的高性能聚变部件，不仅是可能的，而且是可扩展的。通过这一里程碑，我们向商业化聚变和更可持续的未来又迈进了一步。”

UKAEA表示，中央支持设施（CSF）将这些技术与专用车间统一在一个建筑中，同时还配备了UKAEA的制造支持团队和特殊技术小组。其目标是促进制造团队之间的合作，并支持聚变研发。UKAEA正在为未来的聚变能源装置所需的大规模生产准备商业合作伙伴。

这两台设备将开始生产具有挑战性的几何形状，并进行实验以探索增材制造材料的特性。随后将涉及钨和铜铬锆层叠的初步制造阶段。