摘要：作为颠覆性技术的增材制造被认为拥有冲击现有核不扩散体系的潜力。本文讨论了理论上增材制造在核供应链中相比传统制造方法的优势，在这些优势的刺激下，潜在扩散国家或组织可能会通过增材制造获取核武器。从获取裂变材料、获取放射性材料、获取核弹头和运载装置、非法贩运与出口四

核不扩散体系与增材制造

核扩散指将核武器、裂变与放射性材料、核武器制造的知识与技术传播扩散到无核武器国家或其他行为体（如恐怖组织）。核不扩散体系是所有国际的、国家的、双边的、多边的核不扩散法律、政策和协定的总和，也是为阻止核扩散而构筑的一个法律的、技术的、经济的和政治的广泛性国际网络。

在具体实践上，由国际条约、决议与声明、国际组织与机构共同维持和保障着核不扩散体制的具体目标，即《不扩散核武器条约》的“三大支柱”：防止核武器扩散、促进和平利用核能并实现核裁军。我国在防止核扩散领域立场坚定且鲜明，自1992年加入《不扩散核武器条约》以来，一直坚持着《中华人民共和国国家安全法》规定的“和平利用核能和核技术，加强国际合作，防止核扩散，完善防扩散机制”的根本原则，同时通过各项实际行动切实维护核不扩散体系的权威性与有效性。

增材制造作为一种颠覆性技术，普遍被认为具备改变游戏规则的潜在影响力。在核生产供应链中，理论上增材制造相比传统的减材制造工艺具有更大的优势，而这些优势赋予了其冲击现今核不扩散的体系的潜能与可能。在这些优势的刺激下，希望获得核武器的潜在国家或其他行为体可能会在本国或本地组建生产线，绕开国际核供应市场及国际监管。此外，增材制造作为军民两用技术，在监管层面本身也具有很大难度。

增材制造在核生产供应链中的比较优势

降低生产成本。增材制造在降低成本方面的优势主要体现在以下三方面。第一，过去核武器和反应堆部件常常是利用“

减材制造”的传统工艺完成的，即通过将大块的材料切割、钻孔并塑造为需要的尺寸和形状。而增材制造则通过计算机引导模型分层，并逐层“打印”三维物体，所使用的

聚合物、陶瓷或金属材料根据需要通过精密制导仪器添加，这一过程将极大减少材料的浪费。据估算，增材制造相比减材制造方式减少了70～90%的浪费。第二，随着设计复杂性的增加，传统制造方法的成本呈指数级上升，而增材制造则在复杂设计和制造方面具有天然优势，在成本上比传统制造方法要低很多。第三，传统的制造厂在生产某项核部件时往往需设计和建立整条生产线，但增材制造工厂则可通过快速调整来制造不同的部件，无需重复装配生产线的工作。

降低准入门槛。增材制造技术的出现降低了获得核武器的准入门槛。在过去，一国想要发展出本土核能力是一个漫长且艰辛的过程，需举全国之力集中工业、人力、技术和智力资源才得以实现，美国的“曼哈顿计划”、苏联和我国的核计划莫不如是。而在增材制造技术中，许多核部件的设计与制造知识可通过CAD文件在网络上传播，这些CAD文件所蕴含的有关设计和自动化制造的信息量远大于传统设计蓝图，在很大程度上降低了获取相关知识以及部件生产的难度。虽然增材制造技术也有着门槛，但总体而言所需的知识和操作技能都低于传统制造方法。

缩短研发时间。增材制造的另一大优势在于可以通过一系列快速原型的制作，促进核武器的设计和测试过程，同时在这一过程中预演、熟悉并掌握生产流程、技术经验、工程细节和安全措施等“隐性知识”，而隐性知识对于核武器研发这种高敏高危的工程而言非常关键。

增材制造引发的核扩散风险评估

核扩散风险评估：通过增材制造获取裂变材料。获得核武器的两个最重要、也是最敏感的环节是铀浓缩和乏燃料后处理，通过这两个环节，国家或其他行为体可获得对制造核武器至关重要的浓缩铀或武器级钚。

增材制造技术核扩散风险量化图

铀浓缩。在铀浓缩流程中，主要考虑增材制造能否在离心机整体或部件的生产上发挥作用。在理论上，可以使用中等或大型的3D打印机生产离心机，真空泵和电机定子等需要高分辨率制造的部件也能进行生产。但在实际场景中，通过增材制造技术生产离心机或部件面临着困难。

一是制造离心机的高度耐腐蚀性材料出口受限。六氟化铀对大多数金属具有高度腐蚀性，因此转子壁等部件需采用高度耐腐蚀性材料，而这些材料一般都在核供应国集团的两用物项清单中。以我国为例，根据2023年发布的两用物项和技术进出口许可证管理目录，满足一定极限抗拉强度、可被用于制造离心机转动构件的马氏体钢、铝合金和纤维材料均在出口管制清单内。其他核供应国也都有类似的两用物项清单或触发物品清单（trigger list items），对几乎所有可以直接促进核生产的物品和材料出口都做出了严格规定。因此，想通过增材制造促进离心机的生产，在材料进口方面就存在着较大障碍。

二是增材制造目前主要应用于小规模生产或原型制作，在大规模生产上经验不足，而铀浓缩往往需要数百乃至数千台离心机级联。面对如此之大的需求，希望获得核武器的国家或其他行为体更有可能通过已经过验证的传统制造方法来获得离心机。

乏燃料后处理。即通过化学方法将乏核燃料中的铀与钚分离，印度、巴基斯坦和以色列均是采用的此种方法。分离钚的工艺有很多，但应用最广泛的是钚铀提取工艺（Purex），该工艺是一种溶剂萃取方法，分别以

硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。在后处理流程中，增材制造可以起到的作用是与热室（hot cell）和混凝土屏蔽系统相关的制造，但与传统工艺相比，增材制造并不具有足够的竞争力，不值得在增材制造中投入资金、技术和人力来开发后处理设施。

来自佐治亚理工学院安德鲁·科南特评估了增材制造在铀浓缩和乏燃料后处理流程中可能造成的扩散风险，其中绿色涂块为低威胁，黄色为中等程度威胁，红色为高威胁。总体来看，虽然增材制造在端盖和壳体等简单部件方面能够发挥较大作用，但在获取裂变材料的流程中能发挥的作用有限，仅依靠增材制造不太可能独立发展出浓缩铀或武器级钚的生产线，相关核扩散风险是可控的。

核扩散风险评估：通过增材制造获取放射性材料。核反应堆能产出铯-137、锶-90、钴-60等放射性同位素，这些同位素可作为制造“脏弹”等放射性散布装置的原材料。目前，增材制造在核反应堆制造和部件生产中已出现了相当多的实际应用。如在橡树岭国家实验室所主导的“转型挑战反应堆”项目中，通过增材制造进行了堆芯的原型设计和制造，生产了槽形通道紧固件等部件。

经过近40年的发展，增材制造领域已形成了光聚合、粉末床融合、材料喷射、粘结剂喷射、材料挤出、薄片层叠、定向能量沉积等7大类工艺。佐治亚理工学院的娜塔莉·坎农和其同事对这7大工艺类型及其下属的33种主要技术进行了核扩散风险评估，进行了定量分析，并根据构成核扩散风险的强弱进行了排序。其中，得分在20以上的被视作具有核扩散高风险的技术，19～11分的为中等风险技术，10分以下的为低风险技术。研究结果表明，立体光刻等9项技术对于核防扩散构成了“高风险”，这些技术在核生产供应链中已经出现、或即将实现的相关实际应用。

结果表明，粉末床融合与定向能沉积两大工艺类别水平最高、未来在核生产供应链中潜力最大、同时也是核扩散风险最大的工艺。“中等风险”的技术尚未在核供应链生产中发挥作用，但被认为具有该方向一定的潜力，相关研究工作也正在开展。如选择性热烧结（SHS）和金属粘合剂喷射技术被认为具有制造高热通量组件的能力。

总体来看，增材制造在核反应堆部件的制造上潜力较大，对于提升核生产供应链的稳定性和弹性具有积极作用，在核能领域应用前景广泛。然而，现阶段增材制造的产品大多数为非核心部件和辅助装置部件，金属反应堆与核心部件的设计与制造较少。且由于工艺、材料性能、应用标准、分析方法等因素未能确定，许多法规和标准目前不允许在核反应堆中使用增材制造部件，许多产品尚处于前期探索和验证阶段。对于将安全性放在首要位置考虑的反应堆而言，现阶段及较近的将来都不太可能将增材制造投入大规模工程应用。因此，希望获得核武器的潜在国家或其他行为体不太可能仅通过增材制造建造反应堆，相关核扩散风险是可控的。

核扩散风险评估：通过增材制造发展核武器与投送装置。考虑通过增材制造发展核武器与投送装置的可能性。在核武器关键部件弹芯的制造中，增材制造并不适用；在中子反射体或高能炸药透镜制造方面，一些大型实验室如劳伦斯·利弗莫尔国家实验室进行了相关研究；在火箭推进系统方面，考虑到火箭推进系统内部复杂的几何结构，以及增材制造技术本身的优势（整体打印，总重量较轻），许多国家军工部门、大型实验室和企业都在加速将增材制造集成到这些领域的生产过程中。

现阶段，通过增材制造开发核弹头和运载系统仍是美国等先进制造大国的专利。考虑到材料成本、技术壁垒以及增材制造现阶段的能力限制，小国或恐怖组织想要利用增材制造独立、完整地制造一枚导弹几乎不太可能。

首先，获得能够生产导弹部件的增材制造设备就极为困难。其次，即使是最先进的设备也难以制造出导弹所需的高强度、多功能金属，现有的增材制造技术如激光粉床融合，在金属打印时存在孔隙化导致的结构性能问题。最后，考虑到增材制造仍是一项处于“野蛮生长”的早期阶段技术，潜在核扩散者可能更加倾向于购买已有的产品，而不是“押注”他们缺乏专业性知识的增材制造，通过对增材制造进行大量前期投资换取一个并不稳定的未来。

核扩散风险评估：非法贩运与出口。CAD文件的泄露与网络传播是增材制造另一项潜在的核扩散风险，由于增材制造的核常两用特性，针对增材制造设备、文件和材料的非法贩运与出口的监管存在着较大困难。面对这种情况，各国相继出台了一些法律法规，我国在2023年《禁止出口限制出口技术目录》（征求意见版）中将“铸锻铣一体化”以及“耐高温纤维树脂材料及其同步固化工艺”等技术列入了限制出口技术条目；美、日、英、俄等四十余个国家签署的《瓦森纳协定》在2020年新增对增材制造设备的出口限制。然而，这些法规均不涵盖针对数字设计文件（如 CAD文件）和大多数增材制造原材料；同时，由于增材制造的核常两用特性，涉及核领域的采购可能会在合法网络渠道下找到伪装；最后，数字设计文件的网络非法贩运存在响应时间短和暗网传播监管困难的问题。

总而言之，3D打印技术具有巨大的颠覆性潜力。为了防止这种技术破坏播下不稳定的种子，防扩散制度将需要

更强的检测能力和更强有力的出口管制，以阻止与3D打印相关的核材料和设备的非法流动。

结 语

作为一项前景广阔的颠覆性技术，理论上增材制造似乎对现行核扩散制度构成了重大挑战，但在现实场景中其实际风险可控，对于想要获取核武器的潜在国家或组织而言，现阶段的增材制造并不是一条捷径，增材制造对现行核不扩散体系很难构成威胁。

一是现阶段的增材制造对于放射性或裂变材料的获取没有太大的帮助。

二是前期投入较大，可效仿的经验较少。3D打印机器和稀有材料的获取、工程师和技术人员的培养、后期处理（如去除支撑材料、铣削、热处理、抛光等）等问题的解决需要大量的资源投入，且作为新兴产业的增材制造没有太多的经验可供参考。

三是在核生产供应链中，现阶段的增材制造在技术成熟度和产品性能表现并未构成对传统制造方法的压倒性优势。但对于想要获取核武器的潜在国家和组织来说，他们可能仍然偏向于已经过验证的传统制造方法。

相比于在小国或恐怖组织间的核扩散，与增材制造相关的核扩散风险更应该担忧的是野心核大国的“强者愈强”，将增材制造扭曲为“大国竞争”的一把利刃。美国等拥有先进制造业的发达国家，可以利用增材制造技术进一步扩充和完善自身的核武库，提升核武器供应链的稳定性，增强本国核能力的威慑力与可信度，进而在纵向上引发核扩散，威胁核不扩散制度。从美国的视角来看，上述的三个问题并不构成障碍，而增材制造在快速响应、成本控制、稳定供应链、缩短开发时间上的优势却是实打实的。为此，需提前做好相关战略研究与统筹规划，统筹国内国际两个大局，应对增材制造对中国国家安全可能带来的负面影响。

作者丨谢丰宇、廖龙文

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

_er

来源：全球技术地图