微纳精密成形技术走向核能装备：3D打印结合电铸制造复杂金属部件

美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）开发出一种融合3D打印与电铸的混合制造方法，用于生产复杂、无泄漏的热等静压包套（HIP cans）。该技术能够减少传统焊接和装配环节，为先进核反应堆及能源、国防领域的高精度金属部件提供新的制造路径。

从聚合物模型到金属包套

热等静压工艺通常将金属粉末密封在包套中，再施加高温和高压，使粉末致密化并形成接近最终形状的实体部件。然而，传统HIP包套往往需要经过多道成形、焊接和组装工序，复杂结构制造难度较高。

ORNL的新方法首先通过聚合物3D打印制造芯模，以较低成本快速获得复杂几何结构。随后将芯模放入电解液中，利用电铸工艺在其表面逐渐沉积镍，形成约2～3毫米厚的致密金属壳层。聚合物芯模经酸溶解去除后，留下中空金属包套。包套随后被填入金属粉末、密封并接受热等静压处理，最终形成高致密度金属部件。

降低变形和焊接失效风险

采用聚合物芯模可以避免直接金属增材制造中的高温热应力，减少材料变形，同时降低设备和原料成本。电铸则能够精确复制3D打印芯模的细节，适合制造传统锻造、铸造或机械加工难以实现的复杂结构。

研究团队还设计了一体化工艺接口，不再需要单独焊接工艺管。由于接口焊缝是热等静压过程中常见的泄漏和失效位置，这一改进有助于提高包套的密封可靠性，并简化制造流程。

在项目第一阶段，团队成功制造出5个无泄漏圆柱形HIP包套，每个高6英寸、直径4英寸，验证了混合工艺的可行性。

面向复杂能源装备制造

与传统锻造和铸造相比，这种方法在设计调整、复杂形状复制和批量生产方面更灵活。电铸时间主要由所需金属层厚度决定，而不完全取决于部件尺寸，因此多个部件可以在同一批次中加工。该技术可用于制造反应堆压力容器、阀门、叶轮和涡轮系统等大型高精度金属部件。目前，项目第二阶段正在将工艺扩展至形状更复杂的叶轮或核能阀门。

这项研究表明，增材制造与精密电铸的结合不仅能够拓展复杂金属结构的设计空间，也可能降低核能装备对大型锻造和铸造供应链的依赖。ORNL与合作企业A.J. Tuck Company已就该技术提交发明披露和临时专利申请。

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原文：Hybrid Process Looks to Reshape Nuclear Energy Production Capabilities