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2025年7月16日，南极熊获悉，英国聚变公司First Light Fusion与爱尔兰医疗设备制造商Croom Medical合作，利用增材制造技术为高压聚变硬件生产钽组件。据悉，这些3D打印部件已被证明在高达437 GPa的冲击压缩下性能堪比传统加工部件。 相关研究成果以题为“Equation of state measurements ofadditively manufactured tantalum up to 437 GPa”的论文发表在《应用物理学杂志》上，证实了增材制造的钽材料能够满足First Light惯性聚变系统的极端性能要求，并有助于简化压力放大器装置的生产。 钽是一种高强度、高熔点的金属，常用于国防、航空航天和能源领域。然而，钽的延展性以及在成型过程中容易变硬、变韧的特性使其难以加工，增加了传统制造工艺的时间和成本。 First Light Fusion 首席冲击科学家 Martin Gorman 表示：“3D 打印钽为我们量产放大器提供了一种可靠且经济的途径，将开启从材料研究到国防的广泛应用。” 然而，验证是否适用于极端高压环境需要进行严格的测试。 △使用 Croom Medical 的 TALOS 增材制造平台制造的钽组件。图片来自 Croom Medical。 冲击测试证实了材料性能 为了评估性能，研究人员在First Light Fusion位于牛津的设施中使用两级轻气炮对3D打印和传统锻造的钽样品进行了对称冲击实验。弹丸速度高达6.7公里/秒，并使用光子多普勒测速仪（PDV）追踪粒子速度和冲击波渡越时间，这些数据对于确定材料的状态方程（EOS）至关重要。 这些增材制造样品由 Croom Medical 公司采用TALOS 激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺生产，并针对钽等难熔金属进行了优化。这些样品的密度达到了 99.94 ± 0.11%，并呈现出 LPBF 工艺典型的柱状晶粒结构。相比之下，用于对比的锻造钽样品预计会在退火过程中形成等轴晶粒。 △3D打印钽靶。（a）本研究中使用的增材制造钽棒横截面的背散射电子图像。电子沟道的对比度足以显示样品中的晶粒结构。图像中的黑点主要由碎片引起，但也有一些是由插图所示的孔隙引起的。典型的孔径为直径为10μm。（b）EBSD图像显示了AM Ta样品部分晶体的取向。柱状晶粒沿构建方向取向 尽管存在这些微观结构差异，但发现 3D 打印钽的冲击响应与锻造样品在 124 至 437 GPa 的压力范围内的冲击响应没有区别，包括超过钽已知冲击熔点的条件。 使用绝对Hugoniot法和与氟化锂(LiF)标准阻抗匹配的多次测试，测量结果一致。最初由真空室效应引起的一个差异已通过流体动力学建模得到解决。 凭借这些成果，First Light Fusion 现已获得采用增材制造技术制造压力放大器组件的必要验证。打印部件旨在放大传递至聚变目标的压力，这是该公司惯性聚变方法的核心。过渡到 3D 打印有望实现更快、更可扩展的生产，同时减少材料浪费。 First Light Fusion公司已开始利用轻气枪基础设施对全3D打印放大器单元进行集成测试。测试结果预计将在未来几个月内公布。 △Croom Medical 的增材制造工程师正在操作 ColibriumAdditive M2 Series 5 系统，位于 TALOS 平台的所在地。图片来自 Croom Medical 增材制造方法支持聚变计划 增材制造正迅速成为融合发展中解决材料复杂性、生产速度和极端性能要求的重要策略。 近日，英国原子能管理局（UKAEA）与工程设备供应商Kingsbury和金属增材制造公司Additure合作，通过增材制造 推进聚变能研究。计划核心是在英国原子能管理局 (UKAEA) 的工厂安装一台尼康 SLM Solutions SLM 280 2.0LPBF 系统，从而能够使用钨铜层等高难度材料生产聚变反应堆组件。这套系统提供更快的构建速度和先进的安全功能。Additure还将为 UKAEA 团队提供技术培训，重点是机器设置、构建优化以及针对高性能、耐热组件增材制造量身定制的设计策略。 另外，意大利能源研究机构ENEA与维尔纽斯大学激光纳米光子学小组合作，展示精细结构、增材制造的木桩泡沫如何响应与惯性约束聚变(ICF) 相关的高功率纳秒激光脉冲。研究团队利用ENEA的40 J ABC Nd:glass激光器和完整的3D模拟，观察了这些微观晶格在受到聚焦的5纳秒脉冲照射时如何升温、腐蚀和散射光线。测量的腐蚀速度与模拟预测相符，证实了模型的准确性。这项研究强调了精密3D打印和先进的模拟工具如何协同工作，以支持未来聚变能目标的设计。
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