英國原子能管理局聯(lián)手Kingsbury和Additure，推進核聚變能增材制造項目

2025年5月21日，南極熊獲悉，英國工程設備供應商Kingsbury和金屬增材制造公司Additure已受英國原子能管理局 (UKAEA)委托，提供增材制造技術和專業(yè)知識，助力英國持續(xù)推進聚變能研究。此次合作將支持開發(fā)能夠耐受聚變反應堆極端條件的部件，重點關注創(chuàng)新材料和設計方法。

重點關注的領域之一是使用鎢（與銅等材料分層）來實現(xiàn)部件必要的耐久性。為了支持這項工作，Kingsbury 和 Additure 將在英國原子能管理局 (UKAEA) 的設施中交付并安裝一臺尼康 SLM Solutions SLM 280 2.0 激光粉末床熔融 (LPBF) 系統(tǒng)。

Additure 業(yè)務發(fā)展經理Will Priest 表示：“我們很高興能夠支持 UKAEA團隊的擴展，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)的所有關鍵要素，使其成為 UKAEA 和英國聚變計劃的強大制造解決方案。”

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

關于英國原子能管理局

英國原子能管理局 (UKAEA) 是英國的國家聚變能研究機構。它是一個由能源安全部和凈零項目 (Net Zero)資助的非政府公共執(zhí)行機構，通過與制造商和供應鏈合作，引進和擴展商業(yè)化聚變能部署所需的技術，從而促進工業(yè)聚變能力的提升。

英國原子能管理局 (UKAEA) 致力于推動增材制造的商業(yè)化，并支持英國工業(yè)向聚變能源領域轉型。我們致力于將復雜的研發(fā)領域推向商業(yè)化，而我們供應鏈的建議和支持對于加快這一進程至關重要。UKAEA 制造、安裝和維護運營主管 Roy Marshall 表示。

△JET內部疊加等離子體。圖片來自英國原子能管理局。

Additure 的作用和技術貢獻

聚變能計劃的核心是SLM 280 2.0，這是一款專為高性能應用而設計的LPBF系統(tǒng)，包括難熔金屬的開發(fā)。SLM 280 2.0系統(tǒng)構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)冷卻增強功能等安全功能。

除了設備交付外，Additure 還為英國原子能管理局 (UKAEA) 的研究、材料和設計團隊提供全面的技術培訓，包括機器設置、構建優(yōu)化以及特殊功能（例如加熱縮小構建體積）的詳細指導。

Marshall 先生說道：“Additure的應用培訓將為我們的工程師提供設計核聚變所需的一些復雜結構的新方法，并使他們能夠使用一些最具挑戰(zhàn)性的材料來實現(xiàn)這些結構。為了使增材制造能夠為核聚變能做出貢獻，更多的設計師需要思考：‘哪種工藝最適合所需的熱性能或結構性能？’以及‘如何創(chuàng)建一個最適合增材制造的設計？’”。

推進激光束整形3D打印

光束整形技術在工業(yè)金屬3D打印方面具有顯著優(yōu)勢，正在被3D打印領域內的多家企業(yè)研究開發(fā)和商業(yè)化。

2024年，德國研究機構弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）展示了全新的3D打印光束整形技術。弗勞恩霍夫團隊正在與亞琛工業(yè)大學光學系統(tǒng)技術系（TOS）合作，開發(fā)一個用于研究復雜激光光束輪廓的測試系統(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，提高零件質量、工藝穩(wěn)定性和生產率，同時最大限度地減少材料浪費。

△利用構建的光束整形系統(tǒng)，LCoS-SLM 可用于在 LPBF 過程中通過選擇性彎曲激光束的相位前沿來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，實現(xiàn)了比行業(yè)標準高出近九倍的打印速度。Equispheres 的NExP-1 鋁粉與 Aconity3D 的AconityMIDI+ LPBF 3D 打印機配合使用，使單臺激光器的打印速度超過 430 立方厘米/小時。

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