美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员开发出一种新方法，利用增材制造为粉末冶金热等静压（PM-HIP）工艺生产定制化包套。此举有望颠覆传统金属成形、机加工与焊接的多步骤流程，为涡轮部件、压力容器等大型致密结构件的制造打开新的设计空间。

在传统PM-HIP工艺中，金属粉末被固结为全致密的结构零件。其所用的包套通常通过金属成形、机械加工和焊接来制造，但这一多步骤流程可能引入缺陷、推高成本并限制设计灵活性。ORNL团队用3D打印取代了这一流程，使复杂的包套几何形状得以根据最终零件形状进行定制。该方法还能减少材料浪费，并通过在加工开始前使零件更接近最终形状来缩短生产时间。

据团队介绍，他们采用了包括激光和线基技术在内的多种增材制造方法。而在此之前，使用增材制造来制作HIP包套的路径尚未被探索过。打印完成后，包套被填充金属粉末、真空密封并置入热等静压机中，在高温高压下将粉末固结为内部缺陷极少的固体部件。

ORNL研究员帕万·阿贾拉普（Pavan Ajjarapu）表示：“这项工作为大型部件PM-HIP领域的变革性转变奠定了基础。通过利用增材制造和热等静压两者的优势，我们正在为更大的设计自由度以及在水电和下一代核反应堆中的扩展应用铺平道路。”

该方法对本土制造能力也产生影响。ORNL的苏米亚·纳格（Soumya Nag）指出：“这种方法为铸造和锻造提供了替代方案。它还可以通过缓解供应链瓶颈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（Subrato Sarkar）开发了定制化模拟工具，用于预测部件在高温高压加工过程中可能发生的变形或形状变化。萨卡尔表示：“更深入地理解PM-HIP工艺过程，有助于消除与这些预测相关的不确定性。”

ORNL的杰森·马约尔（Jason Mayeur）描述了额外的计算环节：“我们通过使用基于力学的计算模型来增强PM-HIP技术的效能，从而消除了试错法带来的开发成本和交付周期。”该研究建立在该实验室制造示范设施（MDF）2024年的一个项目基础之上。在那次项目中，研究人员在短短两天内完成了重达2000磅的水力发电叶轮包套原型从初始设计到成品部件的全过程。