近日，一项旨在攻克核聚变反应堆关键材料壁垒的重大研究项目在英国启动。

由增材制造中心与英国原子能管理局合作领导的团队，将牵头开展名为“增材设计超材料界面”（DIADEM）的项目。这项研究工作重点开发能够承受聚变装置内部严酷条件的部件。

该“高端制造”计划由英国工程与物理科学研究理事会资助，并得到罗尔斯·罗伊斯、制造技术中心及Aerosint等合作伙伴支持。其核心目标是应对一个根本性挑战：制造出能将耐极端高温的金属钨与以优异导热性著称的铜结合在一起的零件。这两种金属在热量和应力下的行为差异巨大，传统制造工艺难以将它们可靠地连接。

增材制造中心主任理查德·黑格表示，连接两种异质金属一直是聚变领域的一个关键难题。DIADEM项目将惠及所有需要高性能、多金属部件的领域，例如航空航天、国防和医疗保健。通过掌握多金属增材制造技术，正在为新一代工程材料打开大门。



为了克服这一障碍，研究团队将采用多金属激光粉末床融合技术。该方法旨在避免金属界面处的裂纹、空隙和应力。这对于聚变反应堆中暴露于高热负荷、磁力和中子轰击下的面向等离子体部件至关重要。

一旦成功，该项目有望通过提供更坚韧、更高效的系统组件，直接支持英国计划于2040年建成的STEP原型工厂以及商业聚变开发商。

英国原子能管理局聚变技术研究组合经理艾伦·哈特表示，实现聚变意味着要解决复杂的挑战。这个利用增材制造来帮助制造关键聚变部件的项目，是英国原子能管理局为使聚变能源更接近商业现实而持续努力的一部分。

英国工程与物理科学研究理事会战略执行主任凯达尔·潘迪亚博士补充说，该计划反映了该理事会对支持拓展增材制造能力研究的承诺。这项研究致力于使聚变能源成为现实。



与此同时，英国正在采取协同方法，利用多材料增材制造技术开发下一代适用于聚变的组件。英国原子能管理局新近开放的中枢支持设施整合了两套互补的3D打印系统。

其中包括Freemelt的eMELT电子束粉末床融合系统，该系统可将钨熔覆到铜铬锆等聚变级合金上。以及尼康的SLM 280激光系统，该系统能够打印具有多材料成分的复杂几何形状。

这些平台共同生成关于材料行为的关键数据，验证钨-铜铬锆构建体，并为旨在承受未来聚变反应堆极端条件的部件的工业化规模生产建立路径。

此外，英国原子能管理局已任命金斯伯里和Additure公司提供先进的增材制造技术和专业知识，以支持从实验室研究向工业化规模生产的过渡。

这项努力的核心是尼康SLM Solutions SLM 280 2.0激光粉末床融合系统，该系统能够实现钨和铜的逐层沉积。Additure还提供培训和设计指导，帮助英国原子能管理局的工程师优化针对难熔金属的挑战性工艺，并增强英国生产关键聚变部件的能力。