2026年5月16日，美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 的研究人员开发了一种利用增材制造技术生产用于粉末冶金热等静压 (PM-HIP)定制模具的方法。研究团队将增材制造与高压加工相结合，以减少生产步骤并扩展核能和能源部件的设计选择。
通过 PM-HIP 工艺制造的模具罐体，是将金属粉末固结成完全致密的结构部件，例如涡轮机部件和压力容器，通常通过金属成形、机械加工和焊接来生产，但这种多步骤工艺可能会引入缺陷、增加成本并限制设计灵活性。ORNL团队用3D打印取代了传统的加工流程，这意味着复杂的罐体几何形状可以根据最终零件的几何形状进行定制。这种方法还能在加工开始前使零件更接近最终形状，从而减少材料浪费并缩短生产时间。
ORNL团队采用了多种增材制造（AM）方法，包括激光和线材增材制造技术。研究团队表示，此前尚未有人探索过利用增材制造技术制造热等静压（HIP）罐体。打印完成后，将罐体装满金属粉末，真空密封，然后放入热等静压机中，通过加热和加压将粉末压实成内部缺陷最小的固体部件。
橡树岭国家实验室的研究员帕万·阿贾拉普表示“这项工作为大型部件的粉末冶金-热等静压成型技术带来变革性转变奠定了基础。通过结合增材制造和热等静压的优势，我们正在为更大的设计自由度和更广泛的应用铺平道路，尤其是在水力发电和下一代核反应堆领域。”
供应链和计算优势
增材制造方法也对美国制造业产能具有重要意义。橡树岭国家实验室的苏米娅·纳格表示：“这种方法为铸造和锻造提供了一种替代方案，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，研究员苏布拉托·萨卡尔开发了定制模拟程序，用于预测零件在加工过程中受热压作用可能发生的变形或形状改变。萨卡尔表示：“深入了解粉末冶金热等静压（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。”
ORNL 的 Jason Mayeur描述了一个额外的计算层：“我们通过使用基于力学的计算模型来进一步提高 PM-HIP 技术的有效性，从而消除试错方法，降低开发成本和提前期。”这项研究建立在 ORNL 制造示范设施(MDF) 2024 年的一个项目之上，在该项目中，研究人员仅用了两天时间就从最初的设计到最终的成品制造出了一个 2000 磅重的水力发电叶轮罐原型。
来源：南极熊
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