近日，英国原子能管理局（UKAEA）宣布在其新启用的中央支持设施（CSF）启用了两台采用增材制造（又称“3D打印”）的设备，用于制造未来核聚变装置的先进组件。其中一台是主要用于将钨材料整合到部件中的电子束增材制造设备，另一台则是选择性激光制造设备。
一、设备功能及优势
未来聚变电站内的部件必须在复杂且极具挑战性的条件下运行，包括极端温度、高中子负荷以及强磁场。因此，这些部件需要复杂的材料组合和精密工程。UKAEA本次启用的两台设备分别是：
- 由Freemelt制造的eMELT电子束粉末床熔融（E-PBF）增材设备，将采用电子束技术，把粉末状的钨结合成密度近乎100%的固态部件。eMELT设备将用于在其他材料（如铜铬锆合金、不锈钢以及Eurofer 97——一种专为核聚变装置开发的特殊钢材）上逐层添加钨。
- Nikon制造的SLM280（选择性激光制造设备），将用于试验如何生产具有复杂几何形状和材料组合的部件，这些对于核聚变发电厂的成功运行至关重要。
这两种增材制造技术都将助力面向等离子体部件的制造，这些部件在其运行生命周期中会暴露于极端温度下。这些设备还将减少对焊接等传统技术的依赖，减少制造操作和连接工艺的数量。同时，两台设备将形成极强的互补性，主要体现在：
技术原理互补：eMELT电子束技术使用高能电子束作为热源熔化金属粉末，特别适合处理高熔点材料如钨。电子束在真空环境中工作，能够产生更高的温度。SLM280激光熔融技术使用高功率激光作为热源，在不同的工作环境中运行，在某些材料和精细结构加工方面具有优势。
材料处理能力互补：eMEL主要专注于将钨材料整合到部件中，钨是核聚变反应堆中面向等离子体部件的关键材料，具有极高的熔点。SLM280更专注于复杂几何结构的制造和多种材料的组合，适合制造结构复杂但可能不需要特殊高温材料的部件。
功能应用互补：电子束技术更适合制造那些需要高密度、高强度和特殊材料属性的部件。激光技术在细节精度和表面质量方面可能有优势，适合更精细的几何结构。
二、各方评价
UKAEA制造、安装与维护运营主管Roy Marshall表示：“未来的核聚变发电厂将需要数千甚至数百万个具有复杂几何形状的部件，这些部件要能承受核聚变环境的极端条件。UKAEA认为，增材制造对于大规模研发这些部件至关重要，这将使核聚变具备商业可行性。我们配备了两台互补的增材制造设备，这样我们就能证明核聚变部件可以实现量产级打印，使核聚变行业能在我们的设施中研发部件，否则这些部件的研发在商业上是难以实现的。使用这些设备生产部件和复杂几何结构，将比传统制造方法更高效。许多公司要么有电子束设备，要么有选择性激光制造技术，但将这两种能力整合在同一机构，并且能够规模化生产部件，这在核聚变行业尚属首次。”
Freemelt欧洲、中东和非洲地区经理Viktor Valk表示：“我们很荣幸能支持 UKAEA推进核聚变能源成为商业可行能源的重要工作。使用Freemelt的工业设备eMELT生产在核聚变能源装置中暴露于极端条件下的钨基面向等离子体部件，这标志着我们的E-PBF技术在核聚变能源开发中的应用迈出了重要一步。”
Nikon SLM Solutions英国和北欧地区业务总监Christoph Barefoot认为：“核聚变代表能源未来，需要大胆创新和可靠合作才能实现。我们的选择性激光熔融技术支持UKAEA使命，使复杂高性能核聚变部件变得可行且可扩展。这一里程碑使我们向商业核聚变和可持续未来迈进。”
参考资料：
- https://www.gov.uk/government/news/ukaea-develops-3d-printing-for-fusion-components
- https://www.metal-am.com/ukaea-commissions-freemelt-and-nikon-slm-machines-for-fusion-component-production/
- https://www.163.com/dy/article/K5GI3CUG051186GP.html