3D打印已進入核領域，核反應堆中使用3D打印零件

來源：福布斯&中關村在線

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，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。快速成型制造降低了成本，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構，只需要一個小小的編程改變。

GE Hitachi Nuclear Energy（GEH）一直是該領域的重要先驅(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

西屋公司首席技術官Ken Canavan說：“西屋公司繼續(xù)引領最先進技術的發(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，是全球領先的核技術供應商。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，尤其是超大尺寸的金屬3D打印成型；而在核電領域，類似的應用并不多見。事實證明在高精尖的領域，3D打印技術仍然能夠很好地發(fā)揮作用。

3D打印在核領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。