近日，Orano Federal Services与北卡罗来纳大学夏洛特分校联合完成了一项针对核废料运输安全的关键研究。

该研究探讨了利用增材制造技术，生产用于运输乏核燃料的容器外部冲击限制器的可行性。

冲击限制器是安装在运输容器外的关键防护结构，需在事故中吸收巨大能量。

其必须承受从9米高坠落到刚性表面、挤压载荷、穿刺、800℃火焰灼烧30分钟以及15米深水浸等严苛工况。

目前这类限制器依赖于巴沙木、红木或铝蜂窝结构，每个单元的制造成本高达约100万美元。

研究旨在评估商用金属打印技术能否解决2019年早期研究中发现的设计与成本瓶颈。

研究团队确定了两项能够制造大型部件的商用金属增材制造技术：选择性激光熔融和熔融沉积成型。

所评估的当前最大SLM打印机可使用不锈钢粉末制造尺寸达600 mm × 600 mm × 600 mm的部件。

而最大的FFF打印机同样可使用不锈钢材料，制造尺寸达5,791 mm × 1,219 mm × 1,219 mm的部件，尽管其尺寸精度略低。

通过压缩测试和ANSYS仿真分析，团队提出了一种创新设计方案。

该方案由36块“砖”组成，每块尺寸为508 mm × 508 mm × 1,016 mm，计划在FFF打印机上制造，并封装在不锈钢包壳内。

经过对比测试，团队最终选择了Gyroid（螺旋二十四面体）晶格结构作为内部填充，而非传统的蜂窝结构。

此设计有望减轻高达80%的重量，并且在压缩载荷下呈现向内的、类似手风琴的折叠坍塌模式，这种行为被认为比蜂窝结构样品向外坍塌的模式更为理想。

在填充密度为5%的情况下，Gyroid结构产生的最大应力为68 ksi，与30英尺跌落测试中红木所记录的67 ksi应力值大致相当。

成本建模分析揭示了增材制造方案巨大的经济潜力。

分析表明，相对于价值100万美元的红木冲击限制器，采用FFF增材制造、Gyroid填充密度为10%的设计方案即可达到成本盈亏平衡点。

而为满足跌落性能标准确定的5%填充密度下，FFF增材制造部件的单件成本预计可节省超过100万美元。

若采用同等填充密度的SLM方案，预计每件节省金额将超过170万美元。

尽管技术取得显著进展，但研究也明确指出，缺乏针对核级应用的增材制造标准是获得必要资质认证的主要障碍。

现有的框架，如ISO/ASTM 52900，主要涵盖增材制造的通用原则，并未涉及核安全功能部件的具体认证要求。

这项研究成果已正式发表于2026年4月的《Radwaste Solutions》杂志。