阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）是由芝加哥大学阿贡有限责任公司为美国能源部（DOE）运营的研究中心，已提交了美国机械工程师协会（ASME）规范案例的首份草案，提议将激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术列为高温核反应堆结构部件的许可制造工艺。
如果该提案获得采纳，将有望加强核供应链、缩短制造周期，并扩展关键结构部件的设计灵活性——这些领域长期以来一直受限于传统制造方法的制约。
监管空白至关重要
核能行业在严格的规范下运行，这些规范规定了结构部件的制造方式。迄今为止，增材制造技术尚未在高温应用领域获得进入这些规范的正式途径，这实际上将该技术挡在了可能从中受益最大的行业之一门外。根据ASME标准对LPBF进行认证，将为关键反应堆部件缩短制造周期、实现更大设计灵活性以及建立更具韧性的供应链打开大门。这些优势早已在其他行业中得到应用，但在核能领域却一直遥不可及。
阿贡国家实验室的研究人员正在利用3D打印技术来研究如何加强核供应链。图片来源：阿贡国家实验室
这份提交文件是美国四个国家实验室协同研究努力的成果。来自阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室、爱达荷国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员，在美国能源部的先进材料与制造技术项目下共同合作。在阿贡国家实验室，这项工作由Mark Messner、Xuan Zhang和Yiren Chen领导，他们在实验室专用的增材制造设施中开展工作。
下一步计划
实验室接下来的重点是压缩新材料和新工艺的认证时间。阿贡国家实验室不打算仅仅依赖ASME用于分析材料在长期应力下行为的既定经验方法，而是计划将机器学习引入该过程，并非要取代现有基础，而是为了扩展其能力。实时过程监控、数据分析和人工智能驱动工具正在并行开发，以构建关于打印部件性能的更完整的数字图像。
这一发展轨迹符合一项更大的联邦推动计划：美国能源部的“创世纪使命”（Genesis Mission），该计划将国家实验室、数据集和高性能计算资源联系起来，其明确目标是比传统方法更快地将科学和能源研究从发现推向应用。
从左至右，美国橡树岭国家实验室（ORNL）的罗伯特·瓦格纳（Robert Wagner）、艾哈迈德·阿拉比·哈森（Ahmed Arabi Hassen）和瑞安·德霍夫（Ryan Dehoff）参观了赫尔墨斯（Hermes）现场，查看浇筑到模板中的混凝土。照片由美国能源部橡树岭国家实验室提供
阻碍3D打印进入核能领域的认证瓶颈
目前增材制造在核能领域的大多数应用涉及非关键、非承重部件，选择这些部件正是因为它们低于需要完全监管认证的门槛。而该技术潜在影响最大的结构部件，则一直未能触及。根本困难在于，认证一个增材制造的部件与认证一种材料是不同的。这一差距在现有的ASME规范中没有解决方案，而解决它正是阿贡国家实验室提交此案的核心目的。
已有多个组织从不同方向努力突破这一界限。在采访橡树岭国家实验室制造示范设施主任Ryan Dehoff时，他表示该设施一直在能源部AMMT项目下推进LPBF在核能领域的应用，将该技术应用于如316H不锈钢等高温结构材料，重点攻克制造认证挑战，推动增材制造进入主流核能生产。
在其他方面，亨廷顿·英格尔斯工业公司于2025年在海军核动力平台上安装了3D打印部件，作为日益增长的已批准部件组合的一部分，将增材制造定位为核级生产环境中缩短周期和增强供应链韧性的工具。
中国3D打印网点评：
阿贡国家实验室提交的规范案例瞄准了比所有这些先例都更高的标准。它并非认证单一部件类型或在现有监管豁免范围内工作，而是寻求在ASME规范下，将LPBF确立为高温结构应用领域正式认可的制造工艺。如果获得批准，它将为增材制造进一步融入核能制造创建一个可复制的路径。
中国3D打印网编译文章！
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