橡树岭国家实验室的一个团队凭借使用大幅面 3D 打印技术为先进核反应堆建造生产模具，赢得了 2026 年 SME Aubin 增材制造案例研究奖。该实验室表示，这种方法可以缩短数周的建造工期，同时降低成本。
美国能源部制造示范设施牵头开展了该项目，与缅因大学、凯罗斯电力公司及其他行业合作伙伴共同合作，打印用于凯罗斯电力公司模块化反应堆项目的混凝土辐射屏蔽结构的复合材料模具。这些模具用于制造尺寸约为 8 英尺 x 8 英尺 x 20 英尺的生物屏蔽加强柱，以及长度达 27 英尺的屏蔽墙板。这些墙板采用复杂的互锁连接，减少或消除了部件之间灌浆的需求。
3D打印复合材料模具用于成型混凝土结构。（图片来源：Amy Smotherman Burgess/美国能源部橡树岭国家实验室）
长期以来，建设一直是新建核电站成本面临的最大挑战之一。仅核电站混凝土结构一项就可能占到工期风险的60%。橡树岭国家实验室（ORNL）复合材料创新小组负责人兼项目负责人艾哈迈德·哈森表示：“建设一直是先进反应堆的主要瓶颈。我们证明，数字化制造可以在满足严格的核能标准的同时，将工期缩短数周。”
该团队仅用两周左右的时间就完成了可重复使用模具的设计、打印和交付。传统的钢模需要六到八周的建造时间，而且难以进行设计变更。工程师们分段打印复合材料模具，然后进行机械加工和密封，最终实现了十六分之一英寸的表面精度。这些模具在高达12英尺的湿混凝土浇筑下仍能保持形状。该团队完成了四次生物屏蔽柱的浇筑循环和三次屏蔽墙板的浇筑循环，且未出现可测量的质量损失。
位于田纳西州凯罗斯试验场的一座用模具浇筑的混凝土结构。（图片来源：Amy Smotherman Burgess/ORNL，美国能源部）
打印模具比钢材更轻，便于现场施工人员搬运。橡树岭国家实验室（ORNL）目前正与一家美国大型预制构件制造商洽谈，以扩大该技术的规模。“这个项目表明，增材制造不仅仅用于制作原型，”哈森说，“它还可以成为一种可靠、可重复的系统，用于建造安全至关重要的核基础设施，从而加强国家的能源安全。”
该奖项于2026年4月14日在波士顿举行的SME AM奖和TCT奖颁奖晚会上颁发。该项目由美国能源部先进材料与制造技术办公室资助，是SM²ART计划与缅因大学合作的一部分。
来源：ornl.gov
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