在核材料研究中，研究人需要将样品材料放入反应堆中接受受中子轰击，以观察材料在真实核环境下的性能变化。这些“胶囊”为实验提供了压力和密封屏障，必须同时承受

　　ORNL团队在其实验室的制造示范设施中使用激光粉末床系统3D打印了316H不锈钢胶囊。这种钢材之所以受到评估，是因为它具备优秀能力的高温强度、耐腐蚀和耐辐射性能、成熟的核级性能以及在反应堆环境中安全耐用使用所必需的可焊性。

　　随后，该团队组装并验证了这些胶囊的有效性，以便由橡树岭国家实验室（ORNL）的辐照工程小组将其放入高频红外（HFIR）系统。这些胶囊在反应堆中经历了长达一个月的辐照，最终完好无损地被取出。此次演示为未来使用增材制造技术生产核部件设计奠定了基础。

　　ORNL核燃料与材料部门负责人Ryan Dehoff表示：“随着我们证明这些打印部件的可靠性，我们正真看到未来增材制造可能会成为生产其他关键反应堆部件的可能。”

　　HFIR提供了世界上最高的中子通量环境之一，使研究人员能够在核反应堆等条件下测试和鉴定燃料和材料。制造和鉴定用于辐照燃料和材料样品的实验舱是一个成本高昂且耗时的过程，需要定制材料和设计。3D打印可以简化实验舱的开发，明显降低生产这些部件的成本和时间，最终推动核科学技术的更大创新。

　　橡树岭国家实验室核燃料与材料部门负责人Richard Howard表示：“核材料和燃料研究被要求确保先进的反应堆技术能适应极其恶劣的条件。增材制造将扩展我们团队的工具集，以开发创新实验来支持这一关键需求。”

　　2024年，ORNL的研究人员利用电子束增材制造技术，3D打印出首批结构较为复杂、无缺陷的钨部件，这一成果可能对聚变能技术产生积极影响。

　　钨的熔点是所有金属中最高的，这使得它成为等离子体温度超过7.7亿摄氏度的聚变反应堆的理想材料。相比之下，太阳中心的温度约为1.1亿摄氏度。

　　纯钨在室温下易碎，未解决这个问题，橡树岭国家实验室的研究人员开发了电子束3D打印机，可以将钨逐层沉积成精确的三维形状。该技术利用高真空环境中的磁力导向粒子流，将金属粉末熔化并粘合成固体金属物体。真空环境能够大大减少异物污染和残余应力的形成。

　　ORNL的Michael Kirka表示：“电子束增材制造技术在加工复杂的钨几何形状方面前景光明。这对于扩大耐高温金属在能源领域的应用至关重要。”

　　2021年，橡树岭国家实验室 (ORNL) 和开发了一种用来制造和验证高温反应堆应用的钼材料，可用于核热推进系统模块设计的核心结构部件制造。钼是一种可在极端温度下使用的耐火材料。ORNL使用电子束熔化系统打印出这些复杂的部件。

　　ORNL 能源科学与技术理事会沉积科学与技术组组长Michael Kirka 表示：“这样的项目使我们也可以发挥材料加工科学方面的核心专业相关知识，提供针对核能应用苛刻性质的解决方案。”

　　3D打印技术参考于于2024年注意到，ORNL和美国家能源技术实验室（NETL）的研究人员已成 功研发并 3D打印出了一种迄今最轻且无裂纹的合金 ，该合金能够在1315℃以上的高温下不会熔化。 这一创新成果能够 明显提升涡轮叶片的增材制造水平，它不仅能承受更高的温度，还能减轻飞机和燃气涡轮机的重量 。

　　这种新型合金由七种元素组成，富含铌，形成了复杂的合金结构。其熔点比橡树岭国家实验室之前研发的镍钴超合金至少高出48%。通过精确调整电子束熔融工艺，研究人员成功打印出了该合金的测试部件。

　　3D打印技术参考认为，采用EBM工艺是实现该新合金无裂纹3D打印的关键。 由于电子束熔融 工艺本身具备的高温特性及电子束偏转与聚焦方面的高度灵活性，该工艺已被证明在裂纹形成方面敏感性较低。文献中已报道了Inconel 738、Rene142和CMSX-4等多种易开裂合金的成功电子束熔融加工案例，GE航空航天公司则采用EBM工艺批量3D打印易开裂的TiAl合金发动机叶片。

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