USNC購買Desktop Metal金屬3D打印機，用于新一代核燃料設(shè)計

2022年3月10日，南極熊獲悉，超安全核公司（USNC）已經(jīng)采用了兩臺Desktop Metal公司最新款的X系列粘合劑噴射3D打印機來開發(fā)核燃料棒。這款機器能夠打印碳化硅等先進材料，將成為促進新一代先進核反應(yīng)堆中使用創(chuàng)新燃料設(shè)計的關(guān)鍵。

USNC核心部門的執(zhí)行副總裁KurtTerrani博士說："粘結(jié)劑噴射是一種低成本、高產(chǎn)量、可靠的工藝，適用于我們復(fù)雜的批量生產(chǎn)，X系列機器的先進材料能力是我們?nèi)剂显O(shè)計創(chuàng)新方法的基礎(chǔ)。"

△USNC公司的全陶瓷微膠囊燃料創(chuàng)新。圖片來自Desktop Metal。

USNC公司的增材制造應(yīng)用

USNC是開發(fā)微反應(yīng)器和核電技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，自今年年初以來，該公司對使用3D打印技術(shù)展現(xiàn)出越來越大的興趣。

1月，USNC公司宣布它已授權(quán)ORNL使用碳化硅和其他難熔金屬3D打印核反應(yīng)堆部件的新方法。該技術(shù)將粘合劑噴射3D打印與化學(xué)蒸汽滲透工藝相結(jié)合，使復(fù)雜反應(yīng)堆部件的制造比傳統(tǒng)方法更有效。

就在上周，USNC透露它將會把燃料制造（PFM）試點業(yè)務(wù)設(shè)在田納西州橡樹嶺的ORNL附近的一個8.7英畝的地方，以加強先進核燃料解決方案的開發(fā)，包括使用3D打印。該工廠預(yù)計將在今年夏天投入使用，USNC和ORNL將繼續(xù)密切合作，將ORNL的增材制造技術(shù)商業(yè)化，并建立一個先進的核燃料供應(yīng)鏈。

核能是清潔能源發(fā)電的一種形式，作為燃燒化石燃料的替代品，正受到越來越多的關(guān)注，根據(jù)ORNL教授Kathy McCarthy和Xin Sun的說法，3D打印核部件已經(jīng)在這個領(lǐng)域產(chǎn)生了影響。

△USNC已經(jīng)授權(quán)ORNL的新型增材制造方法來生產(chǎn)復(fù)雜的核反應(yīng)堆部件。照片來自CarlosJones/ORNL。

桌面金屬 X系列產(chǎn)品的優(yōu)勢

2021年底，DesktopMetal公司以5.75億美元收購了ExOne公司，擴大了其粘合劑噴射組合。作為收購的一部分，ExOne的一些系統(tǒng)已被重新命名為 "X系列"，即其InnoventX、X25Pro和X160Pro。

X系列由ExOne專利的Triple ACT先進壓實技術(shù)提供動力，用于在粘結(jié)劑噴射過程中對粉末進行分配、鋪展和壓實。這使各種粉末能夠結(jié)合在一起，并使打印機能夠加工金屬和陶瓷，如碳化硅，以制造功能性的精密零件。

碳化硅是一種功能陶瓷材料，具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，經(jīng)常用于航空航天、裝甲、等離子體屏蔽和高溫應(yīng)用。

USNC已經(jīng)采用了X系列的兩個打印系統(tǒng)，以提高將碳化硅材料轉(zhuǎn)化為可安全包圍核燃料粒子形狀的能力，這是其全陶瓷微膠囊（FCM）燃料創(chuàng)新技術(shù)的一個關(guān)鍵因素。這種方法被用于為USNC的微型模塊化反應(yīng)堆（MMR）能源系統(tǒng)提供燃料，該系統(tǒng)以其可靠性和安全性而聞名。

Terrani說："超安全核公司處于核燃料和反應(yīng)堆設(shè)計的技術(shù)前沿，在安全和性能方面開拓了新的進展。為新一代的微反應(yīng)堆提供動力，代表了美國和全世界零碳能源制造的一個分水嶺。"

在解釋FCM和MMR系統(tǒng)如何協(xié)同工作時，Terrani補充說："我們已經(jīng)創(chuàng)建了一個具有自我安全保障的反應(yīng)堆設(shè)計，所以你不需要混凝土穹頂、禁區(qū)或大水庫，因為它本身是安全的。我們正在利用一種耐高溫的燃料，在我們反應(yīng)堆系統(tǒng)的中心有多種固有的輻射釋放障礙。這就是超安全核電方法的本質(zhì)"。

△DesktopMetal公司的InnoventX 3D打印機。照片來自DesktopMetal。

小尺寸的InnoventX已經(jīng)安裝在猶他州鹽湖城的USNC工廠，該公司一直致力于在較大的X25Pro和X160Pro系統(tǒng)上擴大其下一代核燃料陣列。

Terrani說："現(xiàn)在的增材制造方法種類繁多，但其中很大一部分都依賴于沉積過程中的高溫過程。通過熔化金屬顆粒，把它們連接在一起，但是高熔點的碳化不適合這種方法。粘合劑噴射技術(shù)是獨特的，因為它真正依賴于動力的物理特性，而且它基本上不會破壞材料的化學(xué)和相結(jié)構(gòu)。因此，我們可以選擇高純度、高結(jié)晶度的碳化物原料粉末，核工業(yè)級粉末，然后形成這些真正復(fù)雜的幾何形狀，而這在以前是不可能的。"

除了這兩個新的X系列系統(tǒng)，USNC將在今年晚些時候再增添兩臺機器，以進一步擴大其核燃料設(shè)計能力。

Desktop Metal公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ric Fulop說："推動增材制造的大規(guī)模應(yīng)用需要能夠打印高性能材料的可擴展系統(tǒng)，以實現(xiàn)最具創(chuàng)新性的應(yīng)用。我們很自豪能夠?qū)⒄澈蟿﹪娚浼夹g(shù)應(yīng)用于USNC的實際生產(chǎn)當(dāng)中，并在用增材制造解決方案解決全球規(guī)模的問題中發(fā)揮了一定的作用。"