2026年4月1日，由芝加哥大学阿贡国家实验室运营的研究中心，向美国机械工程师协会（ASME）提交了规范案例的第一份草案：提议将激光粉末床熔融作为高温核反应堆部件的许可制造工艺。如果提案获得通过，将加强核能供应链，缩短制造周期，并扩大关键结构部件的设计灵活性，而这些领域长期以来一直受到传统制造方法的限制。
监管缺口至关重要
核能运行遵循严格的规范，这些规范规定了结构部件的制造方式。此前，增材制造技术在高温应用领域一直没有正式的规范途径，这实际上将这项技术排除在了最能从中受益的领域之一。如果 LPBF 符合 ASME 标准，将为关键反应堆部件带来更短的制造周期、更大的设计灵活性和更具韧性的供应链，这些优势其他行业早已享有，但核能行业却一直无法企及。
这项成果是四家美国国家实验室协同研究的结晶。来自阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室、爱达荷国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员在能源部先进材料与制造技术项目的框架下开展了合作。在阿贡国家实验室，这项工作由马克·梅斯纳、张璇和陈一仁领导，他们在实验室专门的增材制造设施中开展研究。
△阿贡国家实验室的研究人员正在利用3D打印技术研究如何加强核供应链。图片来自阿贡国家实验室。
接下来会发生什么？
实验室的下一个重点是缩短新材料和新工艺的验证时间。阿贡国家实验室并不打算仅仅依赖美国机械工程师协会（ASME）用于分析材料在长期应力下性能的既有经验方法，而是计划将机器学习引入这一过程，并非要取代现有方法，而是要拓展应用范围。实时过程监控、数据分析和人工智能驱动的工具正在同步开发，以构建更完整的打印部件性能数字化图景。
这一发展轨迹符合联邦政府的一项更大举措：能源部的“创世纪计划”，该计划将国家实验室、数据集和高性能计算资源连接起来，明确目标是使科学和能源研究从发现到应用的速度比传统方法更快。
阻碍3D打印技术应用于核能领域的资格认证瓶颈
目前，增材制造在核能领域的大多数应用都集中在非关键、非承重部件上，之所以选择这些部件，正是因为它们低于需要全面监管认证的门槛。而结构部件——这项技术最具潜在影响的领域——却一直未能得到应用。根本难点在于，增材制造部件的认证与材料的认证截然不同。现有的ASME规范无法解决这一难题，而这正是阿贡国家实验室提交这份文件的核心目的。
多个机构正从不同方向努力突破这一界限。橡树岭国家实验室 (ORNL) 材料设计与制造中心 (MDF)
主任瑞安·德霍夫(RyanDehoff) 在接受采访时表示，他们一直在美国能源部 (DOE) 的先进材料制造与技术 (AMMT)
项目的支持下，推进激光粉末床熔融 (LPBF) 技术在核应用领域的应用，并将LPBF技术应用于诸如用于高温结构用途的 316H 不锈钢等材料，重点在于解决制造认证方面的挑战，并将增材制造 (AM) 技术推向核能生产的主流领域。
△从左至右，橡树岭国家实验室的罗伯特·瓦格纳、艾哈迈德·阿拉比·哈森和瑞安·德霍夫参观了赫尔墨斯项目现场，观看混凝土浇筑过程。图片来源：橡树岭国家实验室，美国能源部
此外，亨廷顿英格尔斯工业公司在 2025 年将 3D 打印组件安装到海军核动力平台上，作为不断增长的已批准零件组合的一部分，将增材制造定位为在核级生产环境中缩短交货时间和提高供应弹性的工具。阿贡国家实验室提交的规范案例旨在达到比以往任何案例都更高的标准。它并非针对单一部件类型进行认证，也并非在现有监管豁免条款的框架内运作，而是力求将激光粉末床熔融（LPBF）技术确立为美国机械工程师协会（ASME）规范中正式认可的高温结构应用制造工艺。如果获得批准，这将为增材制造技术进一步应用于核能制造开辟一条可复制的途径。
来源：南极熊
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