2026年9月3日，橡树岭国家实验室（ORNL）和爱达荷国家实验室（INL）宣布一项新合作，利用电弧增材制造（WAAM）扩大工业压力容器的国内供应链，以加快关键核部件的认证，因为美国正在竞相扩大核能组合。这次合作在材料与制造创新日（M2IND）上宣布，M2IND是由ORNL主办的活动，汇集了行业、政府和研究领域的领导者，共同探讨人工智能赋能的制造、核基础设施和国内供应链安全。
WAAM解决制造瓶颈问题
压力容器传统上采用锻造工艺制造。但随着美国致力于扩大核能生产，国内有限的锻造能力已成为瓶颈。WAAM技术为构建更具韧性的国内供应链提供了一条替代方案。这两个实验室将结合各自的优势来开发该工艺：ORNL在增材制造和实时监测方面拥有丰富的专业知识，而INL在核反应堆部件设计、测试和部署方面拥有数十年的经验。与此同时，INL还将贡献“普罗米修斯”人工智能计划的工具，这个计划是INL更广泛的“创世纪任务”项目的一部分。与此同时，ORNL将负责美国能源部制造示范设施（MDF）的增材制造工作。INL能源与环境科学技术副主任Shannon Bragg-Sitton表示："INL以及行业合作伙伴将通过应用人工智能工具（例如在Prometheus项目下开发的工具），加速新型反应堆设计、组件和制造方法的开发，以支持核能的商业化应用和部署，并满足美国社区、制造商和人工智能数据中心日益增长的需求。"
从示范到"天生合格"的组件
这项计划建立在7月份取得的一项里程碑式成果之上。当时，MDF的科学家们利用ORNL的MedUSA平台打印了一个小型核压力容器，尺寸约为3英尺乘5英尺。这套系统依靠三个协调运作的机械臂，通过电弧熔化金属丝来制造复杂的部件。7月份的打印成果表明，一种与核应用相关的钢合金可以大规模地成型为封闭的圆顶容器。这次演示与合作协议一同在M2IND大会上展出。研究人员现在正着手解决问题的验证环节：利用人工智能驱动的数字工具，在3D打印过程中验证组件的形状和材料属性。
ORNL项目首席研究员Patxi Fernandez-Zelaia说："我们希望利用打印过程中收集的数据，制造出符合标准的压力容器部件，以便自信地评估它们在极端环境下的适用性。"展望未来，实验室表示，为压力容器开发的打印和验证方法可以扩展到其它核反应堆组件，并有可能扩展到化学精炼、石油和天然气、国防和航空航天工业中使用的大型金属结构件。
核电3D打印的积累
压力容器项目是ORNL将增材制造技术应用于核电建设和部件制造流程的更广泛举措的一部分。ORNL已将3D打印部件安装到运行中的反应堆内：2021年，与田纳西河谷管理局（TVA）和法马通公司（Framatome）合作开发的3D打印燃料组件支架被安装在TVA的布朗斯费里核电站，据报道，这是首个用于商业反应堆的3D打印安全相关部件。
最近，ORNL还将大幅面3D打印技术应用于单个组件之外，为Kairos Power公司在橡树岭K-25/东田纳西科技园建造的Hermes熔盐反应堆提供了模块化3D打印模板。这座反应堆是首个获得美国核管理委员会（NRC）建造许可的第四代反应堆，目标是在2027年投入运行。
人工智能作为核能领域的资格认证工具
ORNL和INL压力容器合作项目着眼于数据，而不仅仅是硬件。将WAAM技术与INL的Prometheus人工智能工具以及ORNL的在线过程监控相结合，旨在解决核能领域真正的瓶颈问题：3D打印部件是否值得信赖，而无需进行数月的破坏性测试。目前，这种思路正在迅速传播。阿贡国家实验室刚刚提交了一份提案，旨在为核反应堆制造中的激光粉末床熔融技术开辟一条正式的ASME规范路径，这项技术由阿贡国家实验室与ORNL、INL和洛斯阿拉莫斯国家实验室合作开发。这个项目结合了实时过程监控和人工智能驱动的分析，以构建更全面的打印部件性能数字图像，并且是美国能源部更广泛的"创世纪任务"计划的一部分，这项计划旨在连接国家实验室、数据集和计算能力。那里的研究人员指出，增材制造部件的认证与材料认证有本质区别，因为增材制造同时制造了部件和材料，而原位监控正日益被视为部件层面的解决方案。
ORNL此前已进行过类似尝试。它用于实时检测打印缺陷的Peregrine人工智能软件已在"转型挑战反应堆"（TCR）项目中测试过，这个项目旨在建造世界上首个增材制造的核反应堆。同样的逻辑，同样的实验室，如今规模扩大到压力容器。这三项研究都传递着同一个信息：人工智能在核打印领域的应用并非规避监管，而是为监管机构提供所需的证据。
来源：南极熊
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