2024年6月1日，美國能源部(DoE)橡樹嶺國家實驗室(ORNL)宣布,他們*次成功3D打印出復雜且無缺陷的鎢構件,這在"全世界范圍內"都屬*。這一新突破為制造高性能金屬零件開辟了新可能。鎢是一種極其難加工的材料,過去很難通過3D打印技術制造出復雜形狀的鎢構件。但ORNL的研究人員通過優化打印工藝,*終實現了這一目標。
這些鎢部件是在 ORNL 的制造示范設施(MDF)中使用電子束增材制造技術生產的，據說是同類產品中的首例。據 ORNL 團隊稱，這一成就為清潔能源技術（如聚變能源）提供了巨大的潛力。3D 打印部件專為極端環境而設計，鎢的熔點是所有金屬中*高的。因此，這種材料非常適合用于聚變反應堆，其中等離子體的溫度可以達到1.8億華氏度以上。這比太陽中心的溫度高得多，太陽中心的溫度為 2700 萬華氏度。
ORNL 沉積科學與技術組組長Michael Kirka 評論道：“電子束增材制造對于復雜鎢幾何形狀的加工很有前景。這是擴大耐高溫金屬在能源資源中的使用的重要一步，將支持可持續、無碳的未來。”
3D 打印具有復雜幾何形狀的無缺陷鎢零件
盡管鎢具有耐高溫的能力，但制造復雜的鎢部件卻是一項具有挑戰性的過程。值得注意的是，純鎢很脆，在室溫下很容易破碎。
為了解決這個問題，ORNL 團隊開發了一種電子束 3D 打印機，它可以將鎢逐層沉積成*而復雜的 3D 幾何形狀。
該系統利用磁力引導的真空粒子流將鎢粉熔化并粘合成固體金屬物體。由于采用高真空外殼，電子束 3D 打印機可減少異物污染并限制殘余應力的形成。
這項研究是美國能源部通過開發核聚變等新型可再生能源推動清潔能源發展的努力的一部分。橡樹嶺國家實驗室此前曾利用增材制造技術來增強現有核能應用的技術。
2020 年，ORNL宣布為位于阿拉巴馬州的田納西河谷管理局( TVA) 布朗斯費里核電站提供3D 打印燃料組件支架。這些組件是與核燃料供應商Framatome合作開發的，是 ORNL轉型挑戰反應堆(TCR)計劃的一部分。該計劃旨在探索在美國境內更快、更便宜地分配核能的機會。
TCR 計劃還見證了 ORNL 開發3D 打印核反應堆堆芯。通過該項目，ORNL 尋求建立反應堆設計、制造、許可和運行的新方法。
2020 年，該團隊展示了反應堆堆芯的設計，擴大了建造反應堆堆芯所需的增材制造技術，并開發了確認 3D 打印組件一致性和可靠性的方法。
3D打印助力可再生能源行業
增材制造正得到日益廣泛的應用，以支持全球擺脫傳統不可再生能源、采用更環保的替代能源的努力。
此前，通用電氣的風力渦輪機制造部門GE可再生能源投資了建筑 3D 打印專家COBOD，以幫助推動這一可再生能源轉型。這項投資擴大了兩家公司之前的合作，此前他們曾共同開發3D 打印的“創紀錄高度”風力渦輪機塔。
此外，美國國家可再生能源實驗室(NREL) 的研究人員開發了一種利用再生樹脂3D 打印風力渦輪機葉片的新工藝。據稱，為了提高葉片的性能和報廢后的可回收性，3D 打印工藝使用了可熔化和重復使用的熱塑性塑料。
為了證明這種方法的有效性，工程師們制造了一個 13 米長的原型。該團隊認為，這一過程可以為制造商帶來成本和速度的提升。研究人員指出，3D 打印可以將渦輪葉片的重量和成本降低 10%，并將交貨時間縮短 15%。
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