領(lǐng)先的核能和燃料組件供應(yīng)商BWX Technologies（BWXT）與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）共同宣布了一項(xiàng)新的增材制造技術(shù)的開發(fā)進(jìn)展，該技術(shù)專門用于生產(chǎn)反應(yīng)堆組件。

現(xiàn)在，該工藝適用于高溫合金和難熔金屬，這對(duì)于先進(jìn)核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行至關(guān)重要。通過提供3D打印此類組件的方法，可以快速部署這些組件，并具有增材制造的所有環(huán)境和設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。BWXT核服務(wù)集團(tuán)總裁肯·坎普林（Ken Camplin）表示：“我們?cè)贐WXT擁有一支獨(dú)特的工程師和設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)。他們的工作將使高級(jí)反應(yīng)堆開發(fā)人員更容易向前邁進(jìn)，應(yīng)對(duì)許多這些設(shè)計(jì)固有的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)?！?/span>

BWXT打印的反應(yīng)堆堆芯3D打印組件樣品。通過BWXT拍攝。

3D打印核組件

BWXT認(rèn)為3D打印具有“行業(yè)變革”的潛力，因?yàn)樗构こ處熌軌蛟O(shè)計(jì)組件而無(wú)需擔(dān)心常規(guī)制造的幾何約束。合作伙伴最近展示了該技術(shù)在3D打印鎳基超級(jí)合金和難熔金屬基合金中的能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜幾何形狀的組件級(jí)認(rèn)證。

該公司最初于2018年對(duì)技術(shù)本身進(jìn)行了驗(yàn)證，當(dāng)時(shí)該技術(shù)成功參加了美國(guó)能源部的先進(jìn)核技術(shù)開發(fā)成本分?jǐn)傆?jì)劃。現(xiàn)在，經(jīng)過驗(yàn)證的材料和零件可作為過去兩年技術(shù)進(jìn)步的明顯標(biāo)志，為提供改進(jìn)的熱性能，增加的安全裕度和耐事故質(zhì)量的組件鋪平了道路。

優(yōu)化且價(jià)格合理的核芯

根據(jù)BWXT的介紹，使用耐火金屬芯部件可以幫助使芯出口溫度達(dá)到2700°F（或1482°C），并且工廠的整體效率達(dá)到驚人的50％。該公司還表示，最近的材料開發(fā)確實(shí)可以通過對(duì)事故容忍的組件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對(duì)該國(guó)目前的現(xiàn)役反應(yīng)堆團(tuán)隊(duì)產(chǎn)生直接影響。

新技術(shù)還具有成本優(yōu)勢(shì)。通過提高功率輸出和單個(gè)零件的使用壽命，整個(gè)系統(tǒng)在維護(hù)和修理方面的需求將減少。原型設(shè)計(jì)過程也應(yīng)該更具成本效益，因?yàn)闊o(wú)需過多投入就可以即時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代。

能源部先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃（ARDP）的提案中最近概述了該技術(shù)如何降低制造風(fēng)險(xiǎn)的細(xì)節(jié)。用能源部的話來(lái)說，ARDP據(jù)報(bào)道將“通過與美國(guó)工業(yè)界分擔(dān)成本的伙伴關(guān)系，加快先進(jìn)反應(yīng)堆的示范。通過迅速開發(fā)具有廣闊前景的先進(jìn)反應(yīng)堆，我們可以擴(kuò)大獲得清潔能源的機(jī)會(huì)，并在失去關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈功能之前利用市場(chǎng)機(jī)會(huì)。”

Oak Ridge原型反應(yīng)堆之一的3D打印組件。圖片來(lái)自Britanny Cramer / ORNL /美國(guó)能源部。

據(jù)魔猴網(wǎng)了解，作為其“轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆”（TCR）演示計(jì)劃的一部分，橡樹嶺還宣布，今年初使用DED技術(shù)開發(fā)了3D打印核反應(yīng)堆堆芯。該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)改進(jìn)了微反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，并建立了鑒定方法來(lái)確認(rèn)3D打印組件的一致性和可靠性。

此外，普渡大學(xué)（Purdue University）最近還從能源部獲得了80萬(wàn)美元的贈(zèng)款，作為TCR的主要貢獻(xiàn)者。普渡大學(xué)的工程師將特別參與新型人工智能模型的開發(fā)，以確保微反應(yīng)器關(guān)鍵組件的核級(jí)質(zhì)量。

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