7000个中子源钨靶轮大单，电子束3D打印的典型胜利

AM易道分享

7000件钨零件大单：2800万瑞典克朗（约合人民币1800万）。

根据公告，可以明确的是，3D打印参与其中。

10月22日，瑞典Freemelt宣布获得欧洲散裂中子源ESS的制造订单，交付周期14个月，大部分安排在2027年。

欧洲散裂中子源ESS，是位于瑞典隆德的大型科研设施，利用中子束探测材料内部的结构与运动。

这类研究可以帮助解释合金怎样变形、零件内部残余应力如何分布。

客户买的是靶轮系统所需的合格部件。

Freemelt将这笔业务归因于电子束粉末床熔融（E-PBF）、钨材料经验与工业交付能力的结合。

要理解其中的3D打印价值，得先看钨承担什么任务。

ESS于2023年公布的靶轮安装实景，用于说明应用位置，并非本次订单交付照片

钨靶：一边产生中子，一边承受热冲击

ESS用加速器将质子加速，再轰击钨原子核，释放出中子，这就是散裂过程。

中子经过慢化和引导，进入实验仪器，用来研究样品。

钨是富含中子的重金属，适合作为散裂靶材。

约3422℃的熔点和良好的导热性，也有利于承受束流带来的热负荷。

但它不能只靠耐高温硬扛：

质子束反复入射，会造成局部升温和周期性热应力，辐照还会改变材料性能。

ESS把钨块装进直径2.6米的旋转靶轮，以约23.3转/分钟让不同区域依次承受束流，再用氦气带走热量，经二次水回路排出。

钨件的任务，是在反复受热、冷却和辐照后，仍能保持完整。

AM易道示意：钨靶负责产生中子，旋转与氦气冷却共同管理热负荷；

因此，这是一项直接关系到中子源运行的材料制造任务。

关注点在裂纹、杂质、组织和批次一致性上。

为什么考虑3D打印？先看传统工艺的难处

钨熔点极高，常温下又脆，成形与切削都困难。

但传统方法完全能制造钨靶。

2018年发表的ESS选材研究，就比较过六家供应商提供的钨块。

先烧结、轧制，再从板材加工出试样。

名义上相近的材料，其组织和力学表现却有明显差异。

这说明钨靶的门槛不只是尺寸合格。

制造路径会影响晶粒、取向、缺陷和脆性，最终影响服役可靠性。

电子束3D打印E-PBF提供了另一条路径：

对于复杂钨件，接近最终形状的成形方式有望减少切削量，并获得传统加工难以实现的几何结构。

Freemelt展示的打印钨喷嘴，说明材料与几何成形能力，不是ESS订购的零件

熔化钨不难理解，难的是冷下来不开裂

电子束铺粉3D打印的工艺是铺粉、预热、按截面选择性熔化，逐层堆积。

这个过程需要各种研究和验证。

比如英国原子能管理局UKAEA、Freemelt等机构2025年在《Nuclear Materials and Energy》发表的同行评审研究，专门考察了电子束打印纯钨的微结构、裂纹与后处理。

实验使用45—106微米钨粉和75微米层厚，比较不同扫描方式；

点熔条件采用1200℃工艺温度。

该研究的调制点熔策略减少了裂纹形核位置，高温热等静压（HIP）可改善部分内部缺陷及拉伸行为的重复性。

上述研究图6：两件线扫描试样的XCT图，左为未经HIP，右为1800℃ HIP条件。并非同一试样前后对照。图源：Zavala-Arredondo等，2025

过程监测也有价值。

Freemelt自己的设备展示过逐层电子成像，可在构建过程中观察层面异常。

Freemelt公开的钨构建层图，仅是过程监测示例。

电子束适合钨的关键，在于能够把整个构建过程维持在较高温度，同时在真空中减少氧污染。

钨对氧敏感，污染会增加开裂风险：

熔池之外的材料也保持足够热，才有机会减小温差和开裂风险。

Freemelt钨工艺页面的粉末配图

它还采用点熔策略进一步控制热量分布，电子束在离散位置形成小熔池，通过落点顺序、停留时间和束斑控制热量分配，调整局部热历史，降低残余应力。

Freemelt公开的准随机点熔表面形貌。不同扫描策略会改变局部热历史

7000件订单之后，该关注什么

Freemelt在9月已明确扩展制造业务，服务覆盖设计、工艺开发、资格鉴定、检测和交付。

Freemelt公布的eMelt产品图，不代表本订单实际设备配置。

这种模式给供应商带来更完整的订单，也得把批次一致性、良率、产能和交期责任一起打包拿下。

本次公告确认了订单，也强调了电子束3D打印的能力。

但并没有披露7000件的具体制造路线、验收数据和成本对照。

它证明Freemelt进入了ESS钨部件供应链，尚不足以证明全部零件直接打印成形，或增材制造已经全面优于轧制加工。

钨靶给3D打印行业提出了一个新逻辑。

即使零件外形并不那么复杂，只要材料难加工、质量波动代价高，增材制造仍可能找到市场。

电子束的高温真空工艺提供了切入口。

在不考虑任何增材设计优化（DfAM）情况下，能否持续获得订单，最朴素的原理是得看它能否在相同服役要求下，比成熟制造路线更稳定、更经济地交出钨部件。