在研究3D打印技術(shù)最令人興奮的方面時(shí)，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）還向一些著名用戶提供了一些非常有趣的3D打印零件。最近的是美國田納西河谷管理局（TVA）和法國的Framatome，他們委托能源部實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一套四個(gè)托架，供布朗斯費(fèi)里核電站使用。金屬3D打印支架將在2021年春季安裝在現(xiàn)場，這將成為第一種用于商業(yè)反應(yīng)堆的支架。

布朗斯渡輪廠位于阿拉巴馬州雅典附近的田納西河上，于1974年開始運(yùn)營時(shí)，是世界上最大的輪渡電廠。它也是第一臺(tái)發(fā)電量超過1吉瓦的電廠。附近的惠勒湖（Wheeler Lake）以及七個(gè)風(fēng)機(jī)塔為該地點(diǎn)的三個(gè)通用電氣沸水反應(yīng)堆冷卻，這些反應(yīng)堆可產(chǎn)生近3.8吉瓦的能源。這使其成為美國第二大最強(qiáng)大的核電站，也是TVA運(yùn)營的最強(qiáng)大的核電站。

截至2019年，Browns Ferry進(jìn)行了一系列新升級，使該工廠的產(chǎn)量增加了14.3％。盡管規(guī)模相對較小，但到2021年，它將看到另一種添加劑的升級。作為ORNL轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆（TCR）計(jì)劃的一部分，該實(shí)驗(yàn)室配備了3D打印通道緊固件，用于TVA燃料供應(yīng)商Framatome制造的沸水反應(yīng)堆燃料組件。這些部件將燃料通道固定到沸水反應(yīng)堆燃料組件，燃料通道環(huán)繞組件，并引導(dǎo)冷卻劑通過燃料棒。

ORNL為Browns Ferry工廠生產(chǎn)的3D打印緊固件。圖片由美國能源部Fred List / ORNL提供。

使用微焊接工藝，將零件3D打印以符合反應(yīng)堆安全法規(guī)。還提供了在打印過程中捕獲的3D數(shù)據(jù)，其中詳細(xì)說明了打印的每一層，從而可以驗(yàn)證零件的質(zhì)量。過去，傳統(tǒng)制造的緊固件是由昂貴的鑄件制成的，因此必須進(jìn)行精密加工。在這種情況下，增材制造（AM）是創(chuàng)建零件的更有效方法。

TCR計(jì)劃旨在向行業(yè)合作伙伴介紹新的制造方法，以加快核系統(tǒng)的開發(fā)。因?yàn)橥屑苁侨剂辖M件的關(guān)鍵，所以它們可作為3D打印可帶給核電部門功能的有用證明。反過來，增材制造可能會(huì)在將來用于制造更復(fù)雜的零件以用于核電應(yīng)用。TCR主任庫爾特·特拉尼（Kurt Terrani）表示：“這是ORNL與核監(jiān)管委員會(huì)監(jiān)管研究辦公室和核供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)調(diào)努力的第一步，以證明有可能采用一種新的，大大加速的方法來制造合格的零件。”Framatome從2015年開始研究AM用于核燃料的應(yīng)用，重點(diǎn)是用于燃料組件的不銹鋼和鎳基合金。然后，其專家與客戶緊密合作，并依靠歐盟和美國能源部的資助進(jìn)一步推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。

由ORNL與Framatome和田納西河谷管理局合作制造的這些燃料組件支架是被插入核電站的首批3D打印安全相關(guān)組件。圖片由美國能源部Fred List / ORNL提供

考慮到3D打印對于高成本，低數(shù)量零件的強(qiáng)大價(jià)值主張，將AM用于此應(yīng)用程序是一個(gè)顯而易見的選擇。作為一種很容易以與傳統(tǒng)制造技術(shù)相抗衡的價(jià)格生產(chǎn)少量復(fù)雜幾何形狀的技術(shù)，增材制造是核工業(yè)，航空航天和賽車運(yùn)動(dòng)等行業(yè)的理想選擇。它不僅可以用于制造性能更好的零件，而且價(jià)格更便宜，而且還可以縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間。

因此，我們已經(jīng)看到許多項(xiàng)目將3D打印應(yīng)用于核反應(yīng)堆零件的生產(chǎn)。當(dāng)愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室使用該技術(shù)制造零件進(jìn)行研究時(shí)，匹茲堡大學(xué)獲得了100萬美元的資金，用于研究核反應(yīng)堆組件的3D打印。 2017年，西門子已經(jīng)在核反應(yīng)堆中安裝了3D打印部件，這促使西屋電氣公司采取了類似的舉措。甚至有一些項(xiàng)目正在使用3D打印來回收核燃料，甚至進(jìn)行核聚變（備受追捧的能源技術(shù)，與為現(xiàn)有核電廠提供動(dòng)力的裂變相反）。

緊固件已經(jīng)安裝在位于華盛頓州Richland的Framatome核燃料制造廠的ATRIUM 10XM燃料組件上。 在2021年3月，新的支架將在計(jì)劃的加油中斷期間安裝在Browns Ferry 2上，并將在零件使用期間進(jìn)行檢查的情況下在那使用6年。

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