美国DIII-D国家聚变装置近日完成一项具有产业化意义的实测：由北卡罗来纳州立大学、橡树岭国家实验室与日本JEOL联合3D打印的全尺寸钨瓦，在经历3天74次高约束模式等离子体放电后完好取出。这项从立项到装机仅约八个月的成果，把面向聚变堆的增材制造钨部件，从“实验样块”推向了“反应堆可用”的阶段。
在DIII-D真空容器内部安装3D打印的钨瓦
钨因耐高温、耐辐照的特点，被视为聚变堆面对等离子体部件的首选，但使用传统工艺加工极难成形，在过去的多次3D打印尝试中都只能得到多孔、开裂的部件。项目联合团队采用电子束粉末床熔融（EB-PBF）工艺，制造出了致密的无裂纹钨，并于2025年用DIII-D偏滤器评价系统验证小样块（近20 MW/m²热流、峰值超35 MW/m²、损伤极小），而真正的跨越在于放大：全尺寸瓦片达约140×130毫米、厚20毫米，此前最大仅约50毫米。从“指尖大小”到“反应堆尺寸”，正是产业落地最难的一环之一。
表面具有镜面级面向等离子体特性的平板形与圆顶形钨瓦已完工，可安装至DIII-D装置中
【左】等离子体辐照前的偏滤器支架，中心位置为打印的分体式平板瓦对；【右】辐照后状态：打印的钨瓦完好无损地留存了下来。附近可见相邻瓦块错位后熔化边缘留下的痕迹
此次突破的关键在协作模式与工程化速度。北卡罗来纳州立大学自有设备无法容纳如此大型高温构件，于是联合了拥有大幅面EB-PBF系统JAM-5200EBM的JEOL公司完成打印，由橡树岭国家实验室提供钨材料专长与经费，北卡州立负责精加工与表征，DIII-D运营方（包含通用原子公司、普林斯顿实验室等）负责评审、安装与实验。JEOL还正将同类系统部署到橡树岭与北卡州立，进一步固化三方合作。
一种用于打印全尺寸钨瓦的大型电子束粉末床聚变系统的JAM-5200EBM
对聚变产业而言，“可制造、可放大”是长久以来比等离子体物理更难啃的硬骨头。本次测试于2026年7月进行，瓦片直接暴露于等离子体中约四分钟，期间一块相邻传统瓦片意外熔化溅射但未伤及打印件；目前瓦片正送回北卡州立进行详细分析。业界认为，这有希望解决了商用聚变能源路上的一项关键瓶颈：证明大幅面增材制造能稳定产出强健、无裂纹的钨部件，使先进3D打印变为建造下一代聚变堆的可行工厂方法，相关数据将直接服务于ITER及未来电厂的部件设计。成果已于8月31日AM2F 2026聚变增材制造会议及9月芝加哥IMTS 2026展出。
参考资料：
1.https://www.ans.org/news/2026-11-05/article-8560/3dprinted-tungsten-tiles-tested-at-diiid/
2.https://engr.ncsu.edu/news/2026/10/26/nc-state-and-oak-ridge-3d-print-tungsten-tiles-for-use-in-fusion-facility/
3.https://interestingengineering.com/energy/tungsten-plasma-blasts-in-us-fusion-reactor