標題：美國以3D列印突破核能製造瓶頸，ORNL與INL打造「出廠即驗證」壓力容器
來源：iknow科技產業資訊室
原文網址：https://iknow.stpi.niar.org.tw/article/3/25260
原文：
美國能源部旗下橡樹嶺國家實驗室（ORNL）與愛達荷國家實驗室（INL）宣布合作，鎖定
核能產業長期存在的大型壓力容器製造瓶頸，導入線弧積層製造（Wire Arc Additive
Manufacturing, WAAM）與人工智慧即時監測技術。雙方已利用ORNL的MedUSA大型金屬3D
列印平台，製造約3英尺乘5英尺的封閉式鋼製壓力容器，作為大型核能零組件積層製造與
驗證的重要測試。這項合作的意義並非3D列印已可立即取代核能產業傳統鍛造，而是希望
建立另一條大型高完整性金屬零組件的製造途徑。大型壓力容器必須長期承受高溫、高壓
與嚴苛環境，過去高度仰賴大型鍛造設備。然而美國大型鑄鍛件產能逐漸萎縮並外移，能
源、國防、航太與油氣產業皆面臨供應限制，也使先進反應爐擴建更容易受到製造能力制
約。ORNL此次使用的MedUSA，全名為大型多代理線弧積層製造系統（Large-scale
Multi-agent Wire Arc Additive Manufacturing），以三支機械手臂共同環繞工作平台
，透過電弧熔融金屬線材，逐層堆疊大型結構。相較於單一機械臂，三臂協同可從不同方
向進行材料沉積，提升大型複雜幾何結構的製造彈性，但也必須同步解決機械臂碰撞、熱
變形以及多個熔池相互影響等控制問題。今年7月，ORNL研究人員利用MedUSA與適用於核
能環境的鋼合金完成示範壓力容器，並於8月19日舉行的「材料與製造創新日」（
Materials and Manufacturing Innovation Days, M2IND）活動展示成果。官方特別將此
次成果定位為「早期里程碑」，重點在證明線弧積層製造可擴大至大型、封閉式金屬結構
，而非宣稱已製成可投入反應爐運轉的合格壓力容器。後續材料性能、疲勞、破裂及長期
可靠度仍須經過完整驗證。真正影響核能3D列印能否走向商業化的關鍵，則是ORNL提出的
「出廠即具驗證基礎」（born-qualified）概念。研究團隊希望在製造過程中同步利用感
測器、數位工程與AI分析，持續掌握零組件尺寸、沉積狀態與材料特性，使每一層製造資
料都成為後續品質證明的一部分。INL則將投入核材料、數據科學及嚴苛環境驗證能力，
嘗試把傳統製造完成後才進行的大量檢測，部分前移至生產階段。ORNL與INL目前也正透
過實際核能專案累積製程與驗證經驗。ORNL先前已使用相同MedUSA設備與材料，為
Antares Nuclear的R1 Mark-0微型反應爐製作中子感測器支架，而Mark-0也於2026年6月
在INL達到臨界。不過，此次成果主要仍屬於反應爐物理與工程設計驗證，相關3D列印零
組件並非壓力邊界等核心安全結構。對研究團隊而言，這類應用的重要性在於建立從材料
沉積、製程監測到實際核能環境使用的資料基礎，作為後續推進更大型、要求更嚴格零組
件的重要驗證環節。目前線弧積層製造距離取代大型核能鍛件仍有相當距離，材料一致性
、殘留應力、疲勞與破裂韌性，以及輻射與熱循環下的長期可靠度，都仍需進一步測試與
驗證。未來較具可行性的發展路徑，則可能是先由中型壓力零組件、封頭、噴嘴、模具與
微型反應爐相關構件切入，再逐步建立可重複的製程與資格認證體系。若ORNL與INL能進
一步把3D列印、即時感測、AI分析與材料驗證整合成完整製造流程，這項技術的價值將不
只在縮短製造時間，更可能為美國建立大型鍛造之外的第二條高完整性金屬零組件供應途
徑，降低先進核能擴張對少數傳統製造設施的依賴。
心得：
大型核能設備的製造能力其實也是能源戰略的一環，當傳統大型鍛造產能逐漸受限，3D列
印提供的價值便不只是降低製造門檻。若能把AI監測與品質驗證直接嵌入製程，零組件就
能累積完整的製造履歷，甚至改變核能產業長期依賴「製造後檢驗」的品質管理模式。
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