2026年11月7日，北卡罗来纳州立大学、橡树岭国家实验室和日本电子株式会社（JEOL）合作，利用电子束粉末床熔融（EBM）技术制造了全尺寸钨偏滤器瓦片，并在圣地亚哥的DIII-D国家聚变装置中进行了测试。这些增材制造的瓦片于今年7月安装在托卡马克装置的下偏滤器中，经受住了74次高约束“H模”等离子体放电的考验，完好无损。
△图片来源：北卡罗来纳州立大学
领导此次新型瓷砖测试的桑迪亚国家实验室的乔纳森·科伯表示：“就我们在控制室所看到的，3D打印钨瓦部件表现得非常好。”偏滤器吸收了等离子体的大部分废气热量，未来的发电厂需要能够承受每平方米10至20兆瓦稳定负荷的瓦片。钨是所有金属中熔点最高的，高达3422摄氏度，但它在200至600摄氏度以下就会开裂，大多数激光打印的钨瓦最终都出现了孔隙和裂纹。在电子束粉末床熔融（EB-PBF）技术中，电子束能将周围材料的温度保持在1400摄氏度以上。
2025年，DIII-D试验机测试的打印按钮在每平方米的热通量接近20兆瓦，且表面损伤极小，因此在12月进行了全尺寸钨瓦测试。瓦片尺寸约为140毫米×130毫米，而北卡罗来纳州立大学此前最大的钨打印件尺寸约为50毫米。日本电子株式会社（JEOL）的工程师在日本昭岛市使用公司的大型JAM-5200EBM打印机打印了平面和凸面设计图，橡树岭国家实验室（ORNL）资助了后续的制造工作。北卡罗来纳州立大学（NC State）采用线切割放电加工和数控研磨技术完成了瓷砖的加工，从接到安装邀请到最终安装，整个项目周期约为八个月。
橡树岭国家实验室的迈克尔·柯卡说道：“长期以来，聚变能源一直被誉为未来的能源。阻碍其发展的因素之一是能够在装置内部保持完好状态的材料。事实证明，打印的钨瓦可以进入运行中的托卡马克装置并完好无损地取出，这使得增材制造技术在聚变领域从‘有前景’转变为‘已验证’。”北卡罗来纳州立大学核工程助理教授弗洛里安·拉格纳 (Florian Laggner) 说：“聚变技术发展迅速。对新材料和制造方法进行验证需要与聚变相关的数据。通过在 DIII-D 装置中应用3D打印钨部件，我们正在获得相关部件服役能力和侵蚀情况的数据。”
来源：南极熊
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