美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家开发出一种利用增材制造(即3D打印)技术制造粉末冶金热等静压(PM-HIP)定制容器的方法，简化了航空航天、能源和医疗应用中大型金属部件的生产流程。相关研究成果已发表于《粉末技术》(Powder Technology)期刊。
PM-HIP是一种利用密封容器内的高温高压将金属粉末固化成完全致密部件的工艺，可用于制造涡轮机组件、压力容器等大型结构件。传统上，生产这些容器需要金属成形、机械加工和焊接等多个步骤，可能引入缺陷、增加成本并限制设计灵活性。ORNL团队采用增材制造技术制造罐体，能够制造出精确、复杂的几何形状，省去多个制造步骤，使零件更接近最终形状，减少材料浪费并缩短生产时间。
打印完成后，将金属粉末填充到容器中并进行真空密封，随后在热等静压机中加工。高温高压将粉末压缩成内部缺陷极少的固体金属部件。该团队成功利用激光打印和线材打印等多种3D打印方法制造出罐体，并采用410NiMo不锈钢合金3D打印了一个重达2000磅的PM-HIP罐。此外，PM-HIP技术还支持使用先进合金，研究人员可控制材料内部结构以调整抗辐射性和高温稳定性等性能，这些性能对核应用至关重要。
橡树岭国家实验室研究员帕万·阿贾拉普表示，这项工作为大型部件的粉末冶金热等静压成型技术带来变革性转变奠定了基础，通过结合增材制造和热等静压的优势，正在为更大的设计自由度和更广泛的应用铺平道路，尤其是在水力发电和下一代核反应堆领域。
该团队还开发了基于力学的计算模型，利用加工过程中的热和压力模拟预测零件的收缩和变形，从而优化加工工艺，提高大型零件制造效率，避免反复试验，降低研发成本和周期。
橡树岭国家实验室研究员苏米娅·纳格指出，这种方法为铸造和锻造提供了替代方案，还可通过缓解供应链短缺帮助加强美国制造业和国家安全。
该研究建立在ORNL多年来开展的PM-HIP研究基础上。2024年，研究人员在登月计划中仅用两天时间便从初始设计到成品打印出一个重达2000磅的水力发电叶轮罐原型。去年，ORNL还在能源部制造示范设施召集了200位利益相关者，共同探讨PM-HIP技术在大型复杂金属部件制造方面的未来发展。该项目由美国能源部核能办公室先进材料与制造技术项目资助。
