多材料增材制造突破核聚變材料瓶頸

英國原子能機構（UKAEA）作為政府資助的研究組織，始終對開發用于核聚變領域的金屬增材制造材料抱有濃厚興趣，此前已在伯明翰大學主導開展了多個階段的FATHOM（通過熱等靜壓與增材制造技術加工鎢）項目。

在最新一項研究中，UKAEA與諾丁漢大學增材制造中心（CfAM）研究人員牽頭主導的項目達成合作，共同探索利用粉末床熔融技術將鎢與銅結合，制造適用于核聚變反應堆的超材料。超材料是指通過精心設計，使其性能超越組成材料本身特性總和的新型功能物質。

這項名為DIADEM（面向增材工程材料的界面設計）項目的研究團隊，將利用多材料激光粉末床熔融技術，嘗試探索鎢與銅的創新結合方式，以制備能夠承受極端熱流、高中子載荷與強磁場等嚴苛工況的超材料。除英國原子能機構外，該項目還獲得了Rolls-Royce等私營企業的支持。

盡管英國在2010年代的3D打印浪潮中一度落后于美國等競爭對手，但這個島國在2020年代正穩步收復失地。除政府增加資金投入外，英國還吸引了Conflux Technology等關鍵新興企業的投資——該公司去年在此設立了商業中心。

尤其值得注意的是，英國近期的增材制造布局始終圍繞戰略性目標應用與先進材料開發展開。例如在2024年，伍爾弗漢普頓大學宣布與EOS及AMCM合作建立“英國增材制造卓越中心”，該中心將特別聚焦銅材料技術研發。

在英國原子能機構（UKAEA）與DIADEM項目合作研究核聚變用增材制造超材料的新聞稿中，UKAEA聚變技術研究組合經理Allan Harte表示：核聚變有望成為未來世界能源供給中安全、低碳、可持續的組成部分，英國正面臨成為全球聚變技術出口國的重大機遇。然而實現聚變意味著需要攻克諸多復雜挑戰。本項目通過運用增材制造技術來協助制造關鍵聚變部件，是UKAEA推動聚變能源邁向商業化現實持續努力的重要一環。

CfAM中心主任Richard Hague指出：連接兩種異質金屬一直是聚變領域的核心難題，而實現雙金屬融合能力對該領域的發展至關重要。將這項尖端多材料增材制造技術應用于聚變能源僅是開端——未來DIADEM項目成果將惠及所有需要高性能多金屬部件的領域，包括航空航天、國防和醫療保健。通過掌握多金屬增材制造技術，正在為新一代工程材料開啟大門。

核聚變是科研工作者永不放棄的科學夢想，而中國近期宣布突破“格林沃爾德極限”的成果，必將為這場聚變競賽注入更強的動力。即使核聚變能源最終未能實現規模化商業應用，但圍繞該目標所激發的基礎研究，其衍生成果本身就具有不可估量的價值。