标题：美国以3D打印突破核能制造瓶颈，ORNL与INL打造“出厂即验证”压力容器
来源：iknow科技产业资讯室
原文网址：https://iknow.stpi.niar.org.tw/article/3/25260
原文：
美国能源部旗下橡树岭国家实验室（ORNL）与爱达荷国家实验室（INL）宣布合作，锁定
核能产业长期存在的大型压力容器制造瓶颈，导入线弧积层制造（Wire Arc Additive
Manufacturing, WAAM）与人工智能即时监测技术。双方已利用ORNL的MedUSA大型金属3D
打印平台，制造约3英尺乘5英尺的封闭式钢制压力容器，作为大型核能零组件积层制造与
验证的重要测试。这项合作的意义并非3D打印已可立即取代核能产业传统锻造，而是希望
建立另一条大型高完整性金属零组件的制造途径。大型压力容器必须长期承受高温、高压
与严苛环境，过去高度仰赖大型锻造设备。然而美国大型铸锻件产能逐渐萎缩并外移，能
源、国防、航太与油气产业皆面临供应限制，也使先进反应炉扩建更容易受到制造能力制
约。ORNL此次使用的MedUSA，全名为大型多代理线弧积层制造系统（Large-scale
Multi-agent Wire Arc Additive Manufacturing），以三支机械手臂共同环绕工作平台
，透过电弧熔融金属线材，逐层堆叠大型结构。相较于单一机械臂，三臂协同可从不同方
向进行材料沉积，提升大型复杂几何结构的制造弹性，但也必须同步解决机械臂碰撞、热
变形以及多个熔池相互影响等控制问题。今年7月，ORNL研究人员利用MedUSA与适用于核
能环境的钢合金完成示范压力容器，并于8月19日举行的“材料与制造创新日”（
Materials and Manufacturing Innovation Days, M2IND）活动展示成果。官方特别将此
次成果定位为“早期里程碑”，重点在证明线弧积层制造可扩大至大型、封闭式金属结构
，而非宣称已制成可投入反应炉运转的合格压力容器。后续材料性能、疲劳、破裂及长期
可靠度仍须经过完整验证。真正影响核能3D打印能否走向商业化的关键，则是ORNL提出的
“出厂即具验证基础”（born-qualified）概念。研究团队希望在制造过程中同步利用感
测器、数位工程与AI分析，持续掌握零组件尺寸、沉积状态与材料特性，使每一层制造资
料都成为后续品质证明的一部分。INL则将投入核材料、数据科学及严苛环境验证能力，
尝试把传统制造完成后才进行的大量检测，部分前移至生产阶段。ORNL与INL目前也正透
过实际核能专案累积制程与验证经验。ORNL先前已使用相同MedUSA设备与材料，为
Antares Nuclear的R1 Mark-0微型反应炉制作中子传感器支架，而Mark-0也于2026年6月
在INL达到临界。不过，此次成果主要仍属于反应炉物理与工程设计验证，相关3D打印零
组件并非压力边界等核心安全结构。对研究团队而言，这类应用的重要性在于建立从材料
沉积、制程监测到实际核能环境使用的资料基础，作为后续推进更大型、要求更严格零组
件的重要验证环节。目前线弧积层制造距离取代大型核能锻件仍有相当距离，材料一致性
、残留应力、疲劳与破裂韧性，以及辐射与热循环下的长期可靠度，都仍需进一步测试与
验证。未来较具可行性的发展路径，则可能是先由中型压力零组件、封头、喷嘴、模具与
微型反应炉相关构件切入，再逐步建立可重复的制程与资格认证体系。若ORNL与INL能进
一步把3D打印、即时传感、AI分析与材料验证整合成完整制造流程，这项技术的价值将不
只在缩短制造时间，更可能为美国建立大型锻造之外的第二条高完整性金属零组件供应途
径，降低先进核能扩张对少数传统制造设施的依赖。
心得：
大型核能设备的制造能力其实也是能源战略的一环，当传统大型锻造产能逐渐受限，3D列
印提供的价值便不只是降低制造门槛。若能把AI监测与品质验证直接嵌入制程，零组件就
能累积完整的制造履历，甚至改变核能产业长期依赖“制造后检验”的品质管理模式。
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