3D打印反应堆引导核工业

科学家表示，一种利用3D打印和其他新方法建造的微型反应堆(TCR)应该会在2023年投入使用。橡树岭国家实验室(ORNL)能源部制造示范设施的科学家说，最终目标不仅仅是一个反应堆:它将彻底改变核工业的制造——以及其他行业的制造。

ORNL沉积科学技术小组负责人Ryan Dehoff表示:“在开发TCR框架的同时，我们也在与那些可以从增材制造和数据分析技术中受益的公司合作，以生产组件。”“我们已经向他们展示了3D打印可以提供的好处，尤其是在核工业方面，现在我们正在与他们合作，开始实现其中的一些优势。”

看看Kairos Power

总部位于加州的Kairos公司也希望在紧迫的时间内开发创新核技术，这使得该公司与ORNL合作，为自己的反应堆原型生产特定的部件。该部件是一个封闭的泵叶轮，是换热器回路的一部分，设计用于使熔盐通过热源移动。它需要承受高达600摄氏度的温度，并且它需要与原型的其余部分完美契合，这样它的工作方式就不会有变化。它需要有完全正确的形状，完全正确的尺寸，和完全正确的表面。

这就是先进制造业的优势所在。

节省了时间

如果没有它，Kairos将不得不制作一个模具，然后浇铸，抛光，在测试之前加工原型，这一过程成本更高，可能需要一个月或更长时间。大多数公司在结束测试之前最多会进行两到三次迭代。为了实现隔天周转，ORNL团队与Kairos工程师合作，在不影响组件性能的情况下，调整了增材制造的设计。

Kairos首席核官、当选为美国国家工程院院士的佩尔·彼得森(Per Peterson)说:“TCR所做的事情对改变核能的范式非常重要。”“但我认为TCR也在改变我们国家实验室的模式，让它们回到它们最重要的能力上，这是它们50年前就已经达到的水平。”

通过增材制造技术，ORNL可以采用计算机辅助设计(CAD)文件，3d打印缩小尺寸的原型，并将其交给公司在与特定应用相关的环境中进行测试。如果需要修改，无论修改多么轻微，CAD文件都可以调整、再次打印，然后以敏捷的方式进行测试、修改和反复打印，直到满足最佳规格。

“我们可能会尝试20种设计，而不是尝试两种设计，”Dehoff说。“这使得设计迭代非常迅速，从最终设计到大规模生产。”

TCR是第一个开发和演示广泛的数字平台的公司，该平台结合了连续监测打印和数据分析，以验证核应用要求的添加剂制造组件的质量。公司不仅会收到零件本身，还会收到与零件各个方面相关的数字数据。随着测试结果的出现，工程师可以将性能与来自嵌入式监控的制造数据联系起来。

Kairos联合创始人兼首席技术官Edward Blandford博士说:“与ORNL的合作加强了我们对Kairos Power先进反应堆的技术开发计划，特别是在先进制造方面。”“这种合作关系创造了灵活性和竞争力，使我们能够通过迭代开发方法更智能、更快地构建。”

低批量生产

如果一个公司需要5件而不是500件呢?

祝你好运，能找到一家愿意制作模具并生产这么少数量的铸造公司——即使有一家愿意，成本也可能高得令人望而却步。

ORNL沉积科学与技术研究员弗雷德·利斯特(Fred List)表示:“增材制造的优势在于低数量高质量的生产，严格的要求在供应链中存在困难，”例如必须等待足够大的订单才能证明生产一批。“转机只需几天，而不是几周到几个月。”

最重要的是，由于先进制造业能够考虑上千个不同的变量，然后对它们进行理解，因此它可以生产出已经“合格”的产品——也就是说，它有可能已经确切地知道它们将如何运行。

对于受到严格监管的核工业来说，这些细节至关重要，Dehoff说这种生产部件的新方法可能会改变游戏规则。

Dehoff说:“对于TCR，我们使用这个数字平台来验证核反应堆内部的组件，所以这种快速的设计迭代非常重要。”“在传统项目中，我们永远无法做到这一点。”

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