“无声的脊梁”：增材制造 如何增材制造 全球电网注入新活力

2026年4月1日 | 阅读时间：4分钟

 

全球能源格局依赖于一个被称为“容量因子”的概念。这一指标衡量的是发电厂的实际发电量与其最大理论潜力的比值。在美国，核电是电网中无可争议的主力，其容量因子高达93%。相比之下，天然气发电的容量因子徘徊在57%左右，而风能和太阳能发电的容量因子则在25%至35%之间波动。

就在核能行业竭力缩小可靠性差距的最后1%之际，石油和天然气行业却在与另一头“猛兽”搏斗：库存税。埃克森美孚等公司斥资数十亿美元，在全球各地的仓库中储备实物备件。通常情况下，其中40%的备件（例如泵叶轮）甚至从未投入使用。它们只是积满灰尘并产生税费，直到最终报废。

如今，增材制造 AM）正为这两大挑战提供解决方案，将这一曾用于原型制作的创新技术转变为保障全球能源安全的关键基础设施。

 

追求最后的1%

在核工业领域，“足够好”是不存在的。西屋核电利用增材制造技术，致力于消除那微乎其微的停机时间——正是这些细微差别，将高性能核电站与完美核电站区分开来。 西屋电气全球增材制造项目负责人亚当·特拉维斯（Adam Travis）倡导一种名为“目的导向设计”（Design for Purpose）的理念。他认为，工程师应摆脱增材制造 导向设计增材制造 DfAM）的局限性思维，转而利用增材制造技术，在摆脱传统制造限制的束缚下，实现零部件的最终功能目标。

这一理念的主要目标之一是解决“泄漏”问题。当冷却剂回路中的微小碎屑磨损燃料棒，导致铀颗粒暴露时，就会发生泄漏。仅需一根5毫米长的金属丝就足以引发此类故障。 传统上，过滤效果越好意味着“压降”越高，从而降低了电站的整体效率。然而，西屋电气为沸水反应堆开发了“Stronghold AM”过滤器。通过利用AM技术构建复杂曲折的内部流道，该过滤器在保持与旧款低效型号相同压降的同时，实现了对5毫米碎屑的100%过滤。

 

理解“以目的为导向的设计”方法

这种“以功能为导向的设计”方法还催生了用于压水堆的增材制造底喷嘴（AMBN）。这一与安全相关的部件采用精密3D ，其捕获碎屑的效率是前代产品的13倍。

这项创新将碎屑过滤效率从65%提升到了惊人的96%。这些部件不仅结构复杂，而且属于“安全相关”部件——在核工业领域，这一分类的严格程度堪比航空航天领域的“飞行关键”部件。

 

数字仓库

西屋电气专注于流体动力学领域，而埃克森美孚则正通过其“数字供应网络”重塑供应链。作为埃克森美孚巴吞鲁日地区增材制造 ，克里斯托弗·比森正主导着一场重大的战略转型。埃克森美孚已将增材制造业务从休斯顿和新泽西州的集中式企业实验室直接转移至各生产基地。这一转型将增材制造视为一项成熟的“即用型”技术，而非单纯的研究项目。

目标是通过创建“数字仓库”来消除实物库存税。埃克森美孚参与了“Field Node”项目——这是一个行业协作云平台，壳牌和康菲石油等竞争对手都在该平台上共享非知识产权（non-IP）3D 。 如果埃克森美孚某处现场的泵蜗壳发生故障，而壳牌已经对该模型进行了扫描并验证，埃克森美孚即可调取该文件并立即进行打印。这种合作省去了数月的逆向工程时间，并绕过了传统铸件通常长达12个月的交货周期。

 

数字护照的有效性

为此，该行业正通过国际石油和天然气生产商协会（IOGP）推行“数字护照”。这些护照采用“数字化就绪等级”（DRL）标准，以确保文件中包含供应商所需的一切信息，从材料硬度到表面光洁度规格。

比森指出，目标是实现“一键”询价，将原本需要数年时间的供应链延迟缩短为数周的数字化执行。

 

超越原型设计：现实世界的里程碑

2023年，增材制造（AM）在核工业中的作用达到了一个地缘政治里程碑。东欧大多数被称为VVER反应堆的核反应堆，最初都依赖俄罗斯的燃料供应。2022年俄罗斯入侵乌克兰后，西屋电气利用增材制造技术，仅用18个月就开发并完成了源自西方的燃料流板的认证。

该项目证明，在成本和性能方面，增材制造（AM）能够胜过传统加工工艺。西屋公司将九个零部件整合为两个整体件，消除了焊接接头，并提高了结构强度。到2024年，他们庆祝了该项目生产的第1000个与安全相关的增材制造部件。这标志着在地球上监管最严格的行业之一中实现了真正的批量生产。

埃克森美孚在规模较小的大宗商品领域也取得了类似的成果。比森特别提到一个具体的机加工零件，由于需要将四个带螺纹的部件点焊在一起，其传统制造成本为540美元。通过使用增材制造技术将该零件作为单件批量打印，成本降至196美元。无论是稳定国家电网，还是在单个阀门部件上节省344美元，增材制造的商业价值如今已不容置疑。

 

下一个前沿

以能源为核心的增材制造发展进程正在加速。埃克森美孚正从对20世纪30年代制造的旧式压缩机3D 转向采用电弧增材制造 WAAM）等先进技术来制造大型部件。这些高5英尺的铸铁替代部件，如今的交付周期已从数年缩短至数周。

与此同时，西屋电气正将目光投向星辰。他们正将十余年的增材制造经验应用于eVinci微型反应堆和AP300小型模块化反应堆。最令人振奋的或许是他们与美国宇航局（NASA）合作，为月球开发裂变表面电源。该项目将核工程与增材制造的典型应用场景相结合：在减轻太空旅行载荷的同时，为月球基地提供可靠的电力支撑。

 

保障未来：增材制造作为全球能源领域的安全关键工具

打印 娱乐或打印 小玩意儿”的时代已经一去不复返。正如比森和特拉维斯所展示的那样，增材制造（AM）已发展成为一种成熟的、关乎安全的关键工具，能够保障全球能源安全。从巴吞鲁日深处的炼油厂，到月球表面潜在的前哨站，增材制造所具备的速度、设计自由度和可靠性，是传统制造工艺根本无法比拟的。

我们早已超越了“能源行业是否会采用增材制造”这一简单问题；如今，关键在于行业领军企业能以多快的速度扩大应用规模，以满足全球对稳定、低碳电力日益增长的需求。EOS 已做好准备，全力支持这一转型。我们的团队正与运营商及原始设备制造商（OEM）通力合作，致力于将增材制造技术应用于核能及油气领域的关键安全应用，推动其实现工业化。

请联系我们，探讨一站式增材制造 ，该方案不仅能提供经过认证的品质和高效的物流服务，更能满足您能源基础设施所需的可靠性。

 

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