3D打印已進入核領(lǐng)域，核反應堆中使用3D打印零件

來源：福布斯&中關(guān)村在線

核燃料公司西屋電氣在Exelon Byron 1號核電站中安裝了3D打印組件——一個頂針堵漏裝置,，這是全球首次商業(yè)核反應堆使用3D打印部件。

核工業(yè)采用增材制造技術(shù)的進程略慢于其他行業(yè),，但是近年來出現(xiàn)了一些值得注意的時刻,。


2017年，西門子實現(xiàn)了行業(yè)突破,，首次在核電站中成功實現(xiàn)了3D打印部件的商業(yè)安裝和持續(xù)安全運行,。由于核電領(lǐng)域?qū)Π踩�性和可靠性的嚴格要求。這是一個驚人的成就,，因為核電站所使用的部件必須堅固,、可靠、耐高溫,，并且要經(jīng)過比其他行業(yè)更多的監(jiān)管和質(zhì)檢環(huán)節(jié),。

3D打印，又稱快速成型制造,，是一種創(chuàng)新技術(shù),，可以直接將3D數(shù)字模型變?yōu)閷嶋H零件,，簡化了制造過程�,？焖俪尚椭圃旖档土顺杀�,，提高了質(zhì)量和設計靈活性，消除了傳統(tǒng)制造的局限性,。

3D設計和打印提供了質(zhì)量和成本節(jié)約的選擇,，特別是在制造零部件的時候，如果需要更改零部件的結(jié)構(gòu),，只需要一個小小的編程改變,。

GE Hitachi Nuclear Energy（GEH）一直是該領(lǐng)域的重要先驅(qū)者。GEH能夠?qū)?D打印的零件進行輻照,，以便在各種條件下對其進行測試,，并與傳統(tǒng)零件進行比較。他們將利用3D打印技術(shù)將浪費降到最低,，并將制造時間縮短90%,。

3D打印以制造微縮模型和其他新奇的東西而聞名，甚至是gun,。這項技術(shù)最早在20世紀80年代被首創(chuàng),，在過去的10年里，幾乎為制造任何東西創(chuàng)造了一場革命,。如今,，我們可以打印的材料已經(jīng)不僅僅是塑料和橡膠。我們可以用金屬和各種高科技復合材料進行打印,。

所以,，它能進入核工業(yè)也就不足為奇了。最有希望的應用是開發(fā)微型反應堆,，這是一種非常小的核反應堆,，通常小于10兆瓦，可以裝在拖拉機拖車的后面,。

美國橡樹嶺國家實驗室與美國海軍破壞性技術(shù)實驗室合作,，剛剛為海軍制作了第一艘由碳纖維復合材料制成的3D打印潛水器船體。而且它的尺寸和微型反應器差不多,。

一個傳統(tǒng)的潛水艇船體的成本在60萬到80萬美元之間,，需要幾個月的制造時間。而這款3D打印的船體,，只需不到10萬美元,，只需幾周時間就能完成，這在成本和時間上節(jié)省了十倍,。

雖然微型反應器的內(nèi)部零件可能很復雜,，但與傳統(tǒng)方法相比,，航空工業(yè)在3D打印復雜的噴氣式發(fā)動機零件時，用更少的時間和更低的成本就能完成,，這一點在航空工業(yè)中已經(jīng)有了經(jīng)驗,。替換停產(chǎn)的零件是核電站的一個挑戰(zhàn)，而3D打印機可以用來制造替換零件,。

3D打印的零件已經(jīng)進入了核電站,，先進的試驗反應堆使用3D打印技術(shù)制造試驗艙。

西屋電氣公司成功地安裝了一個3D打印頂針封堵裝置,。該裝置被用于核反應堆中,，幫助將燃料組件降到核反應堆堆芯中，在今年春季核電站的加油停機期間,，該裝置被安裝到伊利諾伊州Exelon公司的拜倫核電站1號機組中,。

伊利諾伊州的Exelon Byron核電站伊利諾伊州的Exelon Byron核電站

西屋公司首席技術(shù)官Ken Canavan說：“西屋公司繼續(xù)引領(lǐng)最先進技術(shù)的發(fā)展，以幫助世界通過安全,、清潔和可靠的能源滿足不斷增長的電力需求,。我們的增材制造計劃為客戶提供了增強的零部件設計,，有助于提高性能和降低成本,，并提供傳統(tǒng)方法無法制造的零部件的可能性�,！�

西屋電氣公司總部位于美國賓夕法尼亞州,，是全球領(lǐng)先的核技術(shù)供應商。在能源行業(yè),，傳統(tǒng)的火電,、水電等能源獲取越來越多地用到3D打印技術(shù)，尤其是超大尺寸的金屬3D打印成型,；而在核電領(lǐng)域,，類似的應用并不多見。事實證明在高精尖的領(lǐng)域,，3D打印技術(shù)仍然能夠很好地發(fā)揮作用,。

3D打印在核領(lǐng)域還有以下應用例子：

橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）與美國海軍的顛覆性技術(shù)實驗室（Disruptive Technology Lab）合作，用 碳纖維復合材料為海軍制造了首個3D打印的潛水船體它的大小與微型反應器相同,。

瑞典3D打印公司 Additive Composite 和 Add North 3D與Uppsala大學一起開發(fā)并發(fā)布了一種新的碳化硼復合線材,，適用于輻射屏蔽應用。該材料的名稱為Addbor N25,，由碳化硼和共聚酰胺基質(zhì)組成,。

碳化硼是已知的最硬的材料之一，因此已用于許多極端應用,，例如坦克裝甲和防彈背心,。該材料還具有很高的中子吸收能力,，非常適合用于核輻射屏蔽等應用。像所有其他行業(yè)一樣,，核能正通過3D打印,，新材料和新應用這兩個新流程進入未來。在幾十年內(nèi)看到大量打印的微反應器支持火星殖民地只是一個開始,。