英国原子能管理局(UKAEA)已在其最近开放的中央支持设施(CSF)启用两台增材制造(或3D打印)机器,采用互补方法制造未来聚变机器组件。
核聚变在未来全球低碳能源发展中作用关键,但未来核聚变电站组件需在极端温度、高中子负载和强磁场等复杂且具挑战性的条件下运行,这要求其具备复杂的材料组合和精密的工程设计。增材制造适合小批量生产设计复杂的材料,未来每台核聚变机将高度个性化,需定制组件,因此UKAEA相信3D打印技术在未来核聚变领域将发挥重要作用,可降低精密制造成本。目前,UKAEA已委托这两台机器演示两种互补的3D打印方法用于生产核聚变组件。
其中,Freemelt公司制造的eMELT电子束粉末床熔合(E - PBF)增材制造设备,将利用电子束技术把钨粉末熔合成密度几乎达100%的固体部件,用于将钨层压到铜铬锆合金、不锈钢以及专为熔合设备开发的特殊钢材Eurofer 97等其他材料上。SLM280(选择性激光制造)由尼康SLM公司制造、Kingsbury Machine Tools公司提供并由Additure公司支持,将用于试验生产具有复杂几何形状和材料组合的部件,这些部件对核聚变电站的成功至关重要。
这两种3D打印技术都将支持制造在运行生命周期内会暴露于极端温度的面向等离子体的部件,还能减少对焊接等传统技术的依赖,从而减少制造工序和连接工艺的数量。
UKAEA制造、安装和维护运营主管Roy Marshall称,未来的聚变发电厂将需要数千个甚至数百万个具有复杂几何形状的组件以承受聚变环境的极端条件,增材制造对大规模开发这些部件实现商业化核聚变至关重要。UKAEA委托两台互补的增材制造机器,旨在证明聚变组件可在生产规模上打印,使聚变行业能开发原本在商业上无法实现的组件,且与传统制造方法相比,这些机器能更高效地生产零件和几何形状。许多公司拥有电子束机或选择性激光制造技术,但同时具备这两种能力并能大规模生产零部件,在聚变行业尚属首次。
Freemelt欧洲、中东和非洲地区经理Viktor Valk表示,很荣幸支持UKAEA推进聚变能商业化的重要工作,eMELT工业设备用于生产聚变能机器中暴露于极端条件下的钨等离子体组件,是E - PBF技术在聚变能开发应用中的重要一步。尼康SLM解决方案英国和北欧地区业务总监Christoph Barefoot称,聚变代表能源未来,需大胆创新和值得信赖的合作,尼康SLM很荣幸以行业领先的选择性激光熔化技术支持UKAEA使命,帮助制造复杂、高性能的聚变组件,使其更具可扩展性,这一里程碑让商业化聚变及更可持续的未来更近一步。
聚变支持中心(CSF)将这项技术与专用车间整合到一座建筑中,与UKAEA的制造支持团队和特殊技术小组一起,促进制造团队间协作并为聚变研发提供支持。目前,UKAEA正致力于为未来聚变能源工厂至关重要的大规模生产寻找商业合作伙伴。两台机器现在将开始生产高难度几何形状,进行实验探索增材制造材料的特性,随后将进入钨和铜铬锆层压制造的初始阶段。