3D打印助力核电领域！

导读：如果我们谈论核能，通常是在讨论它是解决我们气候变化问题的方法，但同时它还是一种危险技术。由于福岛和其他核事故，核电总是与风险相关。目前有53座核电站在建。每个建造成本约为5到90亿美元。在某些情况下，成本超支使成本估算翻了一番。现在随着利率的上升，建造工厂的成本远远超过其他能源.。然而，总体而言，核能是一种非常高效的发电技术，它使各国的能源独立，不依赖于天气。目前大约有440座运行中的核反应堆，它们的维护也是一项重大业务。那么3D打印技术在核电领域能有什么作用呢？

核电领域的3D打印研究
●匹兹堡大学着眼于利用增材制造技术提高核能行业的制造效率。
●GE 和Hitachi在一个核电项目上进行了合作，以降低 AM 的成本。
●在普渡大学，研究人员正在尝试3D打印微反应器。
●Desktop Metal的打印机还被用于为Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) 打印碳化硅部件 。


△叶轮；3D打印原型；以及由此产生的 3D 打印替换零件（图片：西门子）

●西门子已在一个工作中的核电站上安装了至少一个3D打印部件。这些部件于2017年首次为Slovenia的Krško Nuclear Power Plant (NEK)制造，这些部件有助于降低维护成本。西门子的第一个部件是用于消防泵的直径为108毫米的金属叶轮。



●Westinghouse也有用于反应堆的3D打印组件。当零件昂贵且十分重要时，通过3D打印减少组装步骤可以显着降低成本。



●爱达荷州国家实验室还研究了3D打印安全测试和鉴定设备，以便更快、更经济地为核工业制造新零件。


△32783D，CFCT 化学家组：Andrew Breshears、Peter Kozak、Alex Brow

●阿贡国家实验室的科学家使用3D打印来提高核燃料回收效率。科学家们相信，他们可以通过连续的ALSEP工艺回收高达 97%的核反应堆产生的用过的燃料。他们在设计中使用了很多3D打印部件，其中一些是在Formlabs桌面3D打印机上制作的。3D打印可提高流体运动的效率，并允许集成更多组件。


△这些燃料组件支架由 ORNL 与 Framatome 和田纳西河谷管理局合作制造，是首批插入核电站的 3D 打印安全相关组件。

●ORNL 制造了用于TVA 核反应堆的部件。这些与Framatome合作制造的部件是有关安全的关键性部件。组件将燃料通道固定到沸水反应堆燃料组件，燃料通道环绕组件并引导冷却剂通过燃料棒。ORNL 还使用了难熔金属电子束熔化技术，以及采用化学气相渗透 3D 打印方法的粘合剂喷射，用于反应堆组件的3D打印。此外，ORNL还使用DED制造核反应堆堆芯。


△用于核聚变试验反应堆的3D打印部件

●在我国，研究人员正在使用粉末床熔融3D打印钢聚变反应堆包壳部件。还有的企业正在寻求使用成分优化的陶瓷浆料优化核聚变反应堆的核心氚生产装置，例如可以用 Admatec 或 Lithoz 制造。

△陶瓷浆料打印

在新一代聚变反应堆的开发中，3D打印可以发挥越来越大的作用。3D打印技术可以带来很多优势：
1. 比如零件整合、组装成本更低。此外，更少的组装步骤意味着更低的风险。消除了步骤也意味着消除了人为错误，紧固件、焊接、钎焊和胶水等产生的失效情况不再发生。

2. 可以通过制作高度复杂的内部通道来优化流体传输，实现引导流体的流动，可以减慢它的速度，加快它的速度，或者更有效地加热和冷却流体。也可以通过3D打印来减轻重量。因为我们在核反应堆中节省的每立方厘米空间意味着我们使用更少的钢材和混凝土来包裹它。这会对建设项目产生巨大影响。在开发和制造新零件时，我们还可以节省资金。

3. 优化的表面形状或部件特性也会对工厂的生命周期及其效率产生巨大影响。在目前存在的所有 440 家工厂中，老化部件的数量也很大。核电站和其他发电厂也有很多叶轮和涡轮机，3D打印特别适合制造这些部件。核能还使用了许多难以通过固化工艺制造的硬质材料，以及大量通常难以制造的材料。整体来看，3D打印在核工业领域的应用还是较少，核工业领域是目前被忽视的一个领域，应该得到更多的关注！