美国开发电铸与3D打印混合工艺，用于先进核反应堆关键部件制造

当地时间8月24日，美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 介绍称，该实验室科学家正与AJ Tuck公司 (AJ Tuck) 合作开发一种混合制造工艺，通过结合3D打印和电铸技术，制造用于粉末冶金热等静压工艺的复杂无泄漏热等静压罐。该工艺面向先进核反应堆及其他能源、国防应用中的关键金属部件制造，目标是缩短生产流程，并降低对传统大型锻造和铸造供应链的依赖。

热等静压罐是一类密封容器，用于在高温、高压条件下将金属粉末压制成高性能金属部件。传统热等静压罐通常需要多道加工、焊接和组装工序，复杂结构制造难度较高。新工艺以聚合物增材制造制备芯模，再通过电铸在芯模表面沉积金属壳体，形成能够精确复制复杂几何形状的金属容器。

根据介绍，该流程首先使用3D打印制作聚合物芯模，确定最终部件形状;随后将芯模置于电解液槽中，通过电流使镍在表面沉积，形成厚度约2至3毫米的均匀金属壳;之后去除芯模，得到空心结构，再填充金属粉末并密封，最后通过热等静压处理形成实心金属部件。

橡树岭国家实验室研究助理科学家范希卡·辛格 (Vanshika Singh) 表示，该项目证明电铸技术能够成功生产面向先进核能应用的无泄漏热等静压罐，有助于简化相关部件在美国本土的制造流程，并缓解先进核能系统面临的供应链压力。

随着先进小型模块化反应堆需求增长，复杂高性能金属部件的制造能力受到更多关注。资料显示，核能约占美国电力供应的20%，但美国国内大型锻造能力有限，对反应堆压力容器、阀门、涡轮系统等大型部件的制造形成制约。橡树岭国家实验室认为，这一混合工艺可用于大型、高精度金属部件制造，尤其适合先进核反应堆和能源基础设施应用。

橡树岭国家实验室机械工程师艾米·杰克逊 (Amy Jackson) 表示，电铸成型可快速、高精度地制造精细结构，并避免传统制造方法中的部分难点。由于该工艺主要受金属沉积层厚度影响，而不是单个零件尺寸限制，因此具备扩大生产规模、一次制造多个组件的潜力。

在项目第一阶段，团队已采用电铸工艺制造出5个无泄漏圆柱形热等静压罐，每个高6英寸、直径4英寸。研究人员还开发了集成式端口设计，取消了单独焊接工艺管这一热等静压流程中常见的潜在故障点，从而提高工艺稳定性。项目图片显示，团队利用第一阶段制造的无泄漏热等静压罐生产出一个重15.7磅的实心镍部件。

目前，项目已进入第二阶段，研究团队计划将该工艺用于更复杂几何形状部件的制造，包括泵、涡轮系统中用于推动流体的叶轮，或与核能系统相关的阀门。相关发明披露和临时专利申请已经提交。