德国研究联盟通过激光增材制造开发聚变反应堆耐高温组件

打印派   2026-02-10 12:52:19

DURABLE是一项专注于利用增材制造技术重新设计聚变反应堆面向等离子体部件的研究项目。该工作旨在通过优化几何结构、内部冷却通道和整体式增材制造设计,提升PFCs的耐用性、使用寿命和负载极限,同时缩短开发时间并降低成本。项目团队设定了为未来发电聚变电站提供更可靠、更具成本效益组件的目标,并指出材料与工艺的复杂性是核心挑战。

德国研究联盟通过激光增材制造开发聚变反应堆耐高温组件

项目初始背景是基于钨单体块钎焊铜冷却管的偏滤器架构。尽管这种结构理论上能承受多次加热与冷却循环,但由于钨的脆性特质、加工难度以及与其他材料在连接处的热膨胀差异,可能导致大型裂纹和早期失效。该项目正在研发激光金属沉积和激光粉末床融合等新型制造技术,以生产钨铜一体化或复合部件,实现热量平滑传导而非依赖薄弱连接。新技术旨在制造致密、近乎无裂纹的钨结构,实现具有内置冷却通道的复杂几何形状。该技术路径还为内部通道设计提供了自由度,使其更贴合热流分布,从而改善散热效果并可能延长维护周期。

"优势在于更长的部件寿命、更少的返工以及连接点风险的降低,这是延长维护间隔、降低运行小时成本的前提条件,"弗劳恩霍夫激光技术研究所LPBF工艺与系统工程组负责人Niklas Prätzsch表示。

项目计划于2024年11月至2027年10月期间运行,运营管理由VDI技术中心有限公司负责,主导合作方为德国工程师协会。资金由德国联邦教育与研究部通过"聚变基础技术——走向聚变电站"框架提供。

合作联盟涵盖工业界与学术界:金属增材制造专业企业toolcraft股份公司;于利希研究中心;高斯聚变有限公司;先进增材制造材料供应商H.C. Starck Tungsten有限公司;金属3D打印设备制造商AMCM有限公司;软件供应商ModuleWorks有限公司;RI研究仪器有限公司;REUTER技术有限公司以及材料研究所Access注册协会。

研究工作分为九个主要板块。第一壁面板和偏滤器单体块的重新设计工作取决于增材制造工艺开发,并将持续迭代直至结果符合项目验证标准。为实现工业化,研究阶段的参数和软件正与弗劳恩霍夫激光技术研究所合作转移至toolcraft的激光金属沉积/超高速激光熔覆系统中。实验室与工厂设备规格的相似性有望促进技术转移;参数调整正在toolcraft进行并接受金相学验证。一旦生产工艺通过设备验证,团队将确定后续精加工步骤,确保完整制造链能够支持商业化聚变设施的部署。


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