3D打印已进入核领域，核反应堆中使用3D打印零件

来源：福布斯&中关村在线

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。

核工业采用增材制造技术的进程略慢于其他行业，但是近年来出现了一些值得注意的时刻。


2017年，西门子实现了行业突破，首次在核电站中成功实现了3D打印部件的商业安装和持续安全运行。由于核电领域对安全性和可靠性的严格要求。这是一个惊人的成就，因为核电站所使用的部件必须坚固、可靠、耐高温，并且要经过比其他行业更多的监管和质检环节。

3D打印，又称快速成型制造，是一种创新技术，可以直接将3D数字模型变为实际零件，简化了制造过程。快速成型制造降低了成本，提高了质量和设计灵活性，消除了传统制造的局限性。

3D设计和打印提供了质量和成本节约的选择，特别是在制造零部件的时候，如果需要更改零部件的结构，只需要一个小小的编程改变。

GE Hitachi Nuclear Energy（GEH）一直是该领域的重要先驱者。GEH能够对3D打印的零件进行辐照，以便在各种条件下对其进行测试，并与传统零件进行比较。他们将利用3D打印技术将浪费降到最低，并将制造时间缩短90%。

3D打印以制造微缩模型和其他新奇的东西而闻名，甚至是gun。这项技术最早在20世纪80年代被首创，在过去的10年里，几乎为制造任何东西创造了一场革命。如今，我们可以打印的材料已经不仅仅是塑料和橡胶。我们可以用金属和各种高科技复合材料进行打印。

所以，它能进入核工业也就不足为奇了。最有希望的应用是开发微型反应堆，这是一种非常小的核反应堆，通常小于10兆瓦，可以装在拖拉机拖车的后面。

美国橡树岭国家实验室与美国海军破坏性技术实验室合作，刚刚为海军制作了第一艘由碳纤维复合材料制成的3D打印潜水器船体。而且它的尺寸和微型反应器差不多。

一个传统的潜水艇船体的成本在60万到80万美元之间，需要几个月的制造时间。而这款3D打印的船体，只需不到10万美元，只需几周时间就能完成，这在成本和时间上节省了十倍。

虽然微型反应器的内部零件可能很复杂，但与传统方法相比，航空工业在3D打印复杂的喷气式发动机零件时，用更少的时间和更低的成本就能完成，这一点在航空工业中已经有了经验。替换停产的零件是核电站的一个挑战，而3D打印机可以用来制造替换零件。

3D打印的零件已经进入了核电站，先进的试验反应堆使用3D打印技术制造试验舱。

西屋电气公司成功地安装了一个3D打印顶针封堵装置。该装置被用于核反应堆中，帮助将燃料组件降到核反应堆堆芯中，在今年春季核电站的加油停机期间，该装置被安装到伊利诺伊州Exelon公司的拜伦核电站1号机组中。

伊利诺伊州的Exelon Byron核电站伊利诺伊州的Exelon Byron核电站

西屋公司首席技术官Ken Canavan说：“西屋公司继续引领最先进技术的发展，以帮助世界通过安全、清洁和可靠的能源满足不断增长的电力需求。我们的增材制造计划为客户提供了增强的零部件设计，有助于提高性能和降低成本，并提供传统方法无法制造的零部件的可能性。”

西屋电气公司总部位于美国宾夕法尼亚州，是全球领先的核技术供应商。在能源行业，传统的火电、水电等能源获取越来越多地用到3D打印技术，尤其是超大尺寸的金属3D打印成型；而在核电领域，类似的应用并不多见。事实证明在高精尖的领域，3D打印技术仍然能够很好地发挥作用。

3D打印在核领域还有以下应用例子：

橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）与美国海军的颠覆性技术实验室（Disruptive Technology Lab）合作，用 碳纤维复合材料为海军制造了首个3D打印的潜水船体它的大小与微型反应器相同。

瑞典3D打印公司 Additive Composite 和 Add North 3D与Uppsala大学一起开发并发布了一种新的碳化硼复合线材，适用于辐射屏蔽应用。该材料的名称为Addbor N25，由碳化硼和共聚酰胺基质组成。

碳化硼是已知的最硬的材料之一，因此已用于许多极端应用，例如坦克装甲和防弹背心。该材料还具有很高的中子吸收能力，非常适合用于核辐射屏蔽等应用。像所有其他行业一样，核能正通过3D打印，新材料和新应用这两个新流程进入未来。在几十年内看到大量打印的微反应器支持火星殖民地只是一个开始。