2022年12月，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）在国家点火装置（NIF）实现聚变点火。这项突破性的实验——旨在确保国家核武器储备的安全——也创造了获得几乎无限、安全和无碳聚变能源的希望。据LLNL称，3D打印技术提供了一种潜在的解决方案，可以弥补当前为实现惯性聚变能（IFE）发电厂而付出的努力所带来的科学和技术差距。

LLNL惯性聚变能源机构计划（IFE-STAR） 负责人Tammy Ma表示，“现在我们已经实现并重复了聚变点火，实验室正在迅速应用我们数十年的专业知识来解决核心物理和工程挑战，这些挑战伴随着构建激光聚变发电厂所需的聚变生态系统的艰巨任务。点火级靶材的大规模生产就是其中之一，而尖端的3D打印可以帮助我们实现这一目标。”

今天的点火目标是近乎完美的空心金刚石球体，包裹着氘和氚（DT）聚变燃料，悬浮在称为黑腔的金色圆柱体中。当暴露在强烈的激光能量下时，这些氢同位素会发生聚变，并产生比开始反应所需的更多的能量。如果将NIF的太空舱放大到地球的大小，那么比洛杉矶好莱坞标志还要高的瑕疵也会被取消资格。

虽然NIF靶材的制造需要数月时间，但一座正常运行的聚变能发电厂每天需要近百万个靶材——以每秒十次的速度点燃。物理反应类似于NIF的点火，但目标的生产需要一种可以大规模工作的全新方法。

在探索新方法的过程中，实验室指导研究与开发（LDRD）正在NIF开发3D打印目标功能。该项目由James Oakdale和Xiaoxing Xia领导，通过构建设计、制造、表征和现场完全3D打印燃料胶囊的工作流程来推进增材制造。它还正在开发一种首创的双波长、双光子聚合（DW-2PP）方法，以突破增材制造的当前极限，以满足点火目标的严格工程要求。此外，新的DW-2PP方法将进一步提高打印分辨率并实现多材料打印。如果成功，该项目将彻底解决 3D 打印点火胶囊的关键瓶颈。

联合首席研究员、实验室材料科学部门的科学家Oakdale说，“我们的DW-2PP打印机使用两种不同波长的光源，以亚微米分辨率选择性地打印不同的材料”。“这种新颖的功能使我们能够精确控制胶囊和内部泡沫材料内的空间化学和密度，这使我们能够快速响应定制或一次性胶囊设计。”

这项工作已经显示出希望，3D打印目标在2024年的两次NIF实验中成功使用，预计未来一年会有更多实验。这项技术是否最终成为聚变能源解决方案还有待观察。NIF实验中使用3D打印已经产生了支持国家库存管理计划的重要数据，该计划利用NIF等单一设施来了解核武器，而无需进行地下测试。

“解锁核聚变是美国竞争力的一项战略资产，”LLNL NIF和光子科学理事会首席副主任杰夫·威索夫（Jeff Wisoff）说。“我们必须投资基础科学和技术，以实现聚变点火的历史性成就。这样做可以确保库存安全，并为聚变能源革命奠定基础。”