美国核电站在核反应堆中使用3D打印部件

导读：3D打印零部件在核工业领域的应用正在被不断探索、应用。而现在，这项应用正在逐渐从设计转向现实。

南极熊获悉，早在2020年10月，为了延长美国核电站的寿命并加快新核电技术的开发，田纳西河谷管理局（TVA）的法国燃料供应商Framatome委托美国橡树岭国家实验室 (ORNL) 在TVA位于阿拉巴马州雅典的布朗斯费里（Browns Ferry）核电站2单元制造四个3D打印支架，并于2021年春季安装，尝试将3D打印用于核反应堆部件。由于通道紧固件具有简单但非对称的设计，因此被认为是3D打印的良好切入点。这些部件随后由ORNL与TVA、Framatome和能源部核能办公室资助的转型挑战反应堆(TCR) 计划共同合作设计。

△ORNL使用新型增材制造技术为沸水反应堆燃料组件3D打印通道紧固件。TVA Browns Ferry核电站安装了四个组件。

部件采用316不锈钢材料，并在GEAdditive/Concept Laser M2 Cusing系统上使用激光粉末床融合进行3D打印。南极熊全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com/已经收录了这款3D打印机，欢迎咨询。在打印过程中，团队获取每一层的3D数据以验证组件。据悉，在2021年春季成功安装3D打印紧固件之后，核电站于2021年4月22日恢复了运营。目前，3D打印零件被置于常规操作条件下，接受持续检查，并将在接下来的六年中保留在反应堆。

△Concept Laser M2 Cusing

ORNL的TCR项目主管Ben Betzler表示，在反应堆中使用3D打印组件是一个重要的里程碑，这表明在高度监管的环境中提供合格的组件是可能的。这项计划将基础科学和应用科学与技术联系起来，提供切实可行的解决方案，展示了先进制造如何改变反应堆技术和组件。Framatome北美燃料研发经理John Strumpell称，与TVA和ORNL的合作使我们能够部署创新技术并探索有利于核能行业的新兴3D打印市场。这一项目为设计和制造各种有助于创造清洁能源的3D打印部件奠定了基础。

3D打印在核工业领域的应用

这一项目可能被认为是3D打印在核反应堆内部的早期应用，但这并不是唯一，因为其他3D打印核反应堆组件技术也在加紧开发当中。2020年5月，核燃料公司西屋电气在Exelon Byron 1号核电站中安装了3D打印组件——一个顶针堵漏装置，这是全球首次商业核反应堆使用3D打印部件。同年9月，普渡大学从美国能源部（DoE）获得了80万美元的拨款，用于加速3D打印核反应堆堆芯的开发。11月，领先的核燃料组件供应商BWX技术公司（BWXT）与橡树岭国家实验室共同宣布，在开发专门用于生产反应堆组件的新型增材制造技术方面取得了进展。而在2021年5月，QuesTekInnovations从美国能源部获得了110万美元的小型企业创新研究（SBIR）第二阶段资金。将用于设计、开发和验证下一代熔盐反应堆的新型材料解决方案和工艺，专注于以耐火合金（例如钼）为表面的双金属结构，并利用经济高效的冷喷涂工艺，为核反应堆提高耐腐蚀性和高温稳定性。

△Exelon Byron 1号核电站中的3D打印顶针堵漏装置

参考阅读：

1. First 3D Printed Parts Installed in Nuclear Reactor
2. ORNL’s 3D Printed Parts to Be Installed on TVA NuclearReactor
3. 3D打印已进入核领域，核反应堆中使用3D打印零件
4. 普渡大学获美能源部80万美元，利用人工智能推进3D打印核反应堆的发展
5. 3D打印核反应堆组件方面取得进展，芯出口温度可达到1482°C
6. QUESTEK获110万美元资助，设计核反应堆的新型3D打印合金
7. ORNL develops and deploys 3D printed reactor components