美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员近日开发了一种利用增材制造生产粉末冶金热等静压（PM-HIP）定制罐体的方法。

通过PM-HIP制造的罐体（其中金属粉末被固结为涡轮部件和压力容器等全致密结构件）通常通过金属成形、机加工和焊接生产，但这种多步骤流程可能引入缺陷、提高成本并限制设计灵活性。

ORNL团队用3D打印替代了这一流程，这意味着复杂的罐体几何形状可以针对最终零件几何形状进行定制。该方法还减少了材料浪费，并通过在加工前使零件更接近最终形状来缩短生产时间。

ORNL团队使用了多种增材制造方法，包括基于激光和基于线材的技术。据团队称，此前尚未探索过使用增材制造来制造HIP罐体。

打印完成后，罐体被填充金属粉末、真空密封并放入热等静压机中，在热和压力作用下将粉末固结为内部缺陷极少的固体部件。

“这项工作为大型部件的PM-HIP领域带来了变革性转变的基础，”ORNL研究员Pavan Ajjarapu表示。“通过利用增材制造和热等静压的优势，我们为水力和下一代核反应堆中更大的设计自由度和更广泛的应用铺平了道路。”

该方法还对国内制造能力具有意义。“这种方法为铸造和锻造提供了替代方案，”ORNL的Soumya Nag说。“它还可以通过缓解供应链短缺来帮助加强美国制造业和国家安全。”

与此同时，研究员Subrato Sarkar开发了定制模拟，以预测零件在加工过程中在热和压力下可能如何变形或改变形状。“更深入地了解PM-HIP工艺的工作原理有助于消除与这些预测相关的不确定性，”Sarkar表示。

ORNL的Jason Mayeur描述了另一个计算层面：“我们通过使用基于力学的计算模型进一步增强了PM-HIP技术的有效性，通过消除试错方法降低了开发成本和交付周期。”

这项研究基于ORNL制造示范设施（MDF）2024年的一项项目，在该项目中，研究人员在短短两天内从初始设计到成品零件生产了一个2000磅的水力发电叶轮罐体原型。