3D打印助力核電領域！

導讀：如果我們談論核能,，通常是在討論它是解決我們氣候變化問題的方法，但同時它還是一種危險技術,。由于福島和其他核事故,，核電總是與風險相關。目前有53座核電站在建,。每個建造成本約為5到90億美元,。在某些情況下，成本超支使成本估算翻了一番�,，F(xiàn)在隨著利率的上升,，建造工廠的成本遠遠超過其他能源.。然而,，總體而言,，核能是一種非常高效的發(fā)電技術，它使各國的能源獨立,，不依賴于天氣,。目前大約有440座運行中的核反應堆，它們的維護也是一項重大業(yè)務,。那么3D打印技術在核電領域能有什么作用呢,？

核電領域的3D打印研究
●匹茲堡大學著眼于利用增材制造技術提高核能行業(yè)的制造效率。
●GE 和Hitachi在一個核電項目上進行了合作,，以降低 AM 的成本,。
●在普渡大學，研究人員正在嘗試3D打印微反應器,。
●Desktop Metal的打印機還被用于為Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) 打印碳化硅部件 ,。


△葉輪；3D打印原型,；以及由此產(chǎn)生的 3D 打印替換零件（圖片：西門子）

●西門子已在一個工作中的核電站上安裝了至少一個3D打印部件,。這些部件于2017年首次為Slovenia的Krško Nuclear Power Plant (NEK)制造，這些部件有助于降低維護成本,。西門子的第一個部件是用于消防泵的直徑為108毫米的金屬葉輪,。



●Westinghouse也有用于反應堆的3D打印組件。當零件昂貴且十分重要時,，通過3D打印減少組裝步驟可以顯著降低成本,。



●愛達荷州國家實驗室還研究了3D打印安全測試和鑒定設備，以便更快,、更經(jīng)濟地為核工業(yè)制造新零件,。


△32783D，CFCT 化學家組：Andrew Breshears、Peter Kozak,、Alex Brow

●阿貢國家實驗室的科學家使用3D打印來提高核燃料回收效率,。科學家們相信,，他們可以通過連續(xù)的ALSEP工藝回收高達 97%的核反應堆產(chǎn)生的用過的燃料,。他們在設計中使用了很多3D打印部件，其中一些是在Formlabs桌面3D打印機上制作的,。3D打印可提高流體運動的效率,，并允許集成更多組件。


△這些燃料組件支架由 ORNL 與 Framatome 和田納西河谷管理局合作制造,，是首批插入核電站的 3D 打印安全相關組件,。

●ORNL 制造了用于TVA 核反應堆的部件。這些與Framatome合作制造的部件是有關安全的關鍵性部件,。組件將燃料通道固定到沸水反應堆燃料組件,，燃料通道環(huán)繞組件并引導冷卻劑通過燃料棒。ORNL 還使用了難熔金屬電子束熔化技術,，以及采用化學氣相滲透 3D 打印方法的粘合劑噴射,，用于反應堆組件的3D打印。此外,，ORNL還使用DED制造核反應堆堆芯,。


△用于核聚變試驗反應堆的3D打印部件

●在我國，研究人員正在使用粉末床熔融3D打印鋼聚變反應堆包殼部件,。還有的企業(yè)正在尋求使用成分優(yōu)化的陶瓷漿料優(yōu)化核聚變反應堆的核心氚生產(chǎn)裝置,，例如可以用 Admatec 或 Lithoz 制造。

△陶瓷漿料打印

在新一代聚變反應堆的開發(fā)中,，3D打印可以發(fā)揮越來越大的作用。3D打印技術可以帶來很多優(yōu)勢：
1. 比如零件整合,、組裝成本更低,。此外，更少的組裝步驟意味著更低的風險,。消除了步驟也意味著消除了人為錯誤,，緊固件、焊接,、釬焊和膠水等產(chǎn)生的失效情況不再發(fā)生,。

2. 可以通過制作高度復雜的內(nèi)部通道來優(yōu)化流體傳輸，實現(xiàn)引導流體的流動,，可以減慢它的速度,，加快它的速度，或者更有效地加熱和冷卻流體。也可以通過3D打印來減輕重量,。因為我們在核反應堆中節(jié)省的每立方厘米空間意味著我們使用更少的鋼材和混凝土來包裹它,。這會對建設項目產(chǎn)生巨大影響。在開發(fā)和制造新零件時,，我們還可以節(jié)省資金,。

3. 優(yōu)化的表面形狀或部件特性也會對工廠的生命周期及其效率產(chǎn)生巨大影響。在目前存在的所有 440 家工廠中,，老化部件的數(shù)量也很大,。核電站和其他發(fā)電廠也有很多葉輪和渦輪機，3D打印特別適合制造這些部件,。核能還使用了許多難以通過固化工藝制造的硬質(zhì)材料,，以及大量通常難以制造的材料。整體來看,，3D打印在核工業(yè)領域的應用還是較少,，核工業(yè)領域是目前被忽視的一個領域，應該得到更多的關注,！