英國(guó)原子能管理局聯(lián)手Kingsbury和Additure，推進(jìn)核聚變能增材制造項(xiàng)目

2025年5月21日，南極熊獲悉，英國(guó)工程設(shè)備供應(yīng)商Kingsbury和金屬增材制造公司Additure已受英國(guó)原子能管理局 (UKAEA)委托，提供增材制造技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，助力英國(guó)持續(xù)推進(jìn)聚變能研究。此次合作將支持開(kāi)發(fā)能夠耐受聚變反應(yīng)堆極端條件的部件，重點(diǎn)關(guān)注創(chuàng)新材料和設(shè)計(jì)方法。

重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一是使用鎢（與銅等材料分層）來(lái)實(shí)現(xiàn)部件必要的耐久性。為了支持這項(xiàng)工作，Kingsbury 和 Additure 將在英國(guó)原子能管理局 (UKAEA) 的設(shè)施中交付并安裝一臺(tái)尼康 SLM Solutions SLM 280 2.0 激光粉末床熔融 (LPBF) 系統(tǒng)。

Additure 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Will Priest 表示：“我們很高興能夠支持 UKAEA團(tuán)隊(duì)的擴(kuò)展，我們不僅利用 SLM 280 的 LPBF 功能，還利用增材制造生態(tài)系統(tǒng)的所有關(guān)鍵要素，使其成為 UKAEA 和英國(guó)聚變計(jì)劃的強(qiáng)大制造解決方案�！�

△SLM 280 生產(chǎn)系列系統(tǒng)。圖片來(lái)自尼康 SLM Solutions

關(guān)于英國(guó)原子能管理局

英國(guó)原子能管理局 (UKAEA) 是英國(guó)的國(guó)家聚變能研究機(jī)構(gòu)。它是一個(gè)由能源安全部和凈零項(xiàng)目 (Net Zero)資助的非政府公共執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)與制造商和供應(yīng)鏈合作，引進(jìn)和擴(kuò)展商業(yè)化聚變能部署所需的技術(shù)，從而促進(jìn)工業(yè)聚變能力的提升。

英國(guó)原子能管理局 (UKAEA) 致力于推動(dòng)增材制造的商業(yè)化，并支持英國(guó)工業(yè)向聚變能源領(lǐng)域轉(zhuǎn)型。我們致力于將復(fù)雜的研發(fā)領(lǐng)域推向商業(yè)化，而我們供應(yīng)鏈的建議和支持對(duì)于加快這一進(jìn)程至關(guān)重要。UKAEA 制造、安裝和維護(hù)運(yùn)營(yíng)主管 Roy Marshall 表示。

△JET內(nèi)部疊加等離子體。圖片來(lái)自英國(guó)原子能管理局。

Additure 的作用和技術(shù)貢獻(xiàn)

聚變能計(jì)劃的核心是SLM 280 2.0，這是一款專(zhuān)為高性能應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPBF系統(tǒng)，包括難熔金屬的開(kāi)發(fā)。SLM 280 2.0系統(tǒng)構(gòu)建速度比單激光器方案快80%，并集成了粉末篩模塊和系統(tǒng)冷卻增強(qiáng)功能等安全功能。

除了設(shè)備交付外，Additure 還為英國(guó)原子能管理局 (UKAEA) 的研究、材料和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供全面的技術(shù)培訓(xùn)，包括機(jī)器設(shè)置、構(gòu)建優(yōu)化以及特殊功能（例如加熱縮小構(gòu)建體積）的詳細(xì)指導(dǎo)。

Marshall 先生說(shuō)道：“Additure的應(yīng)用培訓(xùn)將為我們的工程師提供設(shè)計(jì)核聚變所需的一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的新方法，并使他們能夠使用一些最具挑戰(zhàn)性的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)。為了使增材制造能夠?yàn)楹司圩兡茏龀鲐暙I(xiàn)，更多的設(shè)計(jì)師需要思考：‘哪種工藝最適合所需的熱性能或結(jié)構(gòu)性能？’以及‘如何創(chuàng)建一個(gè)最適合增材制造的設(shè)計(jì)？’”。

推進(jìn)激光束整形3D打印

光束整形技術(shù)在工業(yè)金屬3D打印方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，正在被3D打印領(lǐng)域內(nèi)的多家企業(yè)研究開(kāi)發(fā)和商業(yè)化。

2024年，德國(guó)研究機(jī)構(gòu)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）展示了全新的3D打印光束整形技術(shù)。弗勞恩霍夫團(tuán)隊(duì)正在與亞琛工業(yè)大學(xué)光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)系（TOS）合作，開(kāi)發(fā)一個(gè)用于研究復(fù)雜激光光束輪廓的測(cè)試系統(tǒng)，可以為激光粉末床熔合(LPBF) 3D 打印創(chuàng)建定制的光束輪廓，提高零件質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)率，同時(shí)最大限度地減少材料浪費(fèi)。

△利用構(gòu)建的光束整形系統(tǒng)，LCoS-SLM 可用于在 LPBF 過(guò)程中通過(guò)選擇性彎曲激光束的相位前沿來(lái)生成幾乎任何光束輪廓

2022年，Equispheres和Aconity3D利用激光光束整形 3D 打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高出近九倍的打印速度。Equispheres 的NExP-1 鋁粉與 Aconity3D 的AconityMIDI+ LPBF 3D 打印機(jī)配合使用，使單臺(tái)激光器的打印速度超過(guò) 430 立方厘米/小時(shí)。

這套系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改裝，采用具有光束整形功能的PG YLR 3000/1000-AM 激光器。通過(guò)在縮放的高斯分布上使用整形光束，該團(tuán)隊(duì)減少了高速 3D 打印過(guò)程中的過(guò)熱現(xiàn)象，并減少了飛濺的形成。