導(dǎo)讀：如果我們談?wù)摵四?，通常是在討論它是解決我們氣候變化問題的方法，但同時(shí)它還是一種危險(xiǎn)技術(shù)。由于福島和其他核事故，核電總是與風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。目前有53座核電站在建。每個(gè)建造成本約為5到90億美元。在某些情況下，成本超支使成本估算翻了一番。現(xiàn)在隨著利率的上升，建造工廠的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他能源.。然而，總體而言，核能是一種非常高效的發(fā)電技術(shù)，它使各國的能源獨(dú)立，不依賴于天氣。目前大約有440座運(yùn)行中的核反應(yīng)堆，它們的維護(hù)也是一項(xiàng)重大業(yè)務(wù)。那么3D打印技術(shù)在核電領(lǐng)域能有什么作用呢？

核電領(lǐng)域的3D打印研究

●匹茲堡大學(xué)著眼于利用增材制造技術(shù)提高核能行業(yè)的制造效率。

●GE 和Hitachi在一個(gè)核電項(xiàng)目上進(jìn)行了合作，以降低 AM 的成本。

●在普渡大學(xué)，研究人員正在嘗試3D打印微反應(yīng)器。

●Desktop Metal的打印機(jī)還被用于為Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) 打印碳化硅部件 。

△葉輪；3D打印原型；以及由此產(chǎn)生的 3D 打印替換零件（圖片：西門子）

●西門子已在一個(gè)工作中的核電站上安裝了至少一個(gè)3D打印部件。這些部件于2017年首次為Slovenia的Kr?ko Nuclear Power Plant (NEK)制造，這些部件有助于降低維護(hù)成本。西門子的第一個(gè)部件是用于消防泵的直徑為108毫米的金屬葉輪。

●Westinghouse也有用于反應(yīng)堆的3D打印組件。當(dāng)零件昂貴且十分重要時(shí)，通過3D打印減少組裝步驟可以顯著降低成本。

●愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室還研究了3D打印安全測(cè)試和鑒定設(shè)備，以便更快、更經(jīng)濟(jì)地為核工業(yè)制造新零件。

△32783D，CFCT 化學(xué)家組：Andrew Breshears、Peter Kozak、Alex Brow

●阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用3D打印來提高核燃料回收效率。科學(xué)家們相信，他們可以通過連續(xù)的ALSEP工藝回收高達(dá) 97%的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的用過的燃料。他們?cè)谠O(shè)計(jì)中使用了很多3D打印部件，其中一些是在Formlabs桌面3D打印機(jī)上制作的。3D打印可提高流體運(yùn)動(dòng)的效率，并允許集成更多組件。

△這些燃料組件支架由 ORNL 與 Framatome 和田納西河谷管理局合作制造，是首批插入核電站的 3D 打印安全相關(guān)組件。

●ORNL 制造了用于TVA 核反應(yīng)堆的部件。這些與Framatome合作制造的部件是有關(guān)安全的關(guān)鍵性部件。組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 還使用了難熔金屬電子束熔化技術(shù)，以及采用化學(xué)氣相滲透 3D 打印方法的粘合劑噴射，用于反應(yīng)堆組件的3D打印。此外，ORNL還使用DED制造核反應(yīng)堆堆芯。

△用于核聚變?cè)囼?yàn)反應(yīng)堆的3D打印部件

●在我國，研究人員正在使用粉末床熔融3D打印鋼聚變反應(yīng)堆包殼部件。還有的企業(yè)正在尋求使用成分優(yōu)化的陶瓷漿料優(yōu)化核聚變反應(yīng)堆的核心氚生產(chǎn)裝置，例如可以用 Admatec 或 Lithoz 制造。

△陶瓷漿料打印

在新一代聚變反應(yīng)堆的開發(fā)中，3D打印可以發(fā)揮越來越大的作用。3D打印技術(shù)可以帶來很多優(yōu)勢(shì)：

1. 比如零件整合、組裝成本更低。此外，更少的組裝步驟意味著更低的風(fēng)險(xiǎn)。消除了步驟也意味著消除了人為錯(cuò)誤，緊固件、焊接、釬焊和膠水等產(chǎn)生的失效情況不再發(fā)生。

2. 可以通過制作高度復(fù)雜的內(nèi)部通道來優(yōu)化流體傳輸，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)流體的流動(dòng)，可以減慢它的速度，加快它的速度，或者更有效地加熱和冷卻流體。也可以通過3D打印來減輕重量。因?yàn)槲覀冊(cè)诤朔磻?yīng)堆中節(jié)省的每立方厘米空間意味著我們使用更少的鋼材和混凝土來包裹它。這會(huì)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生巨大影響。在開發(fā)和制造新零件時(shí)，我們還可以節(jié)省資金。

3. 優(yōu)化的表面形狀或部件特性也會(huì)對(duì)工廠的生命周期及其效率產(chǎn)生巨大影響。在目前存在的所有 440 家工廠中，老化部件的數(shù)量也很大。核電站和其他發(fā)電廠也有很多葉輪和渦輪機(jī)，3D打印特別適合制造這些部件。核能還使用了許多難以通過固化工藝制造的硬質(zhì)材料，以及大量通常難以制造的材料。整體來看，3D打印在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還是較少，核工業(yè)領(lǐng)域是目前被忽視的一個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)該得到更多的關(guān)注！

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