Энергетическая промышленность сейчас является одной из самых востребованных сфер для внедрения аддитивных технологий. Особенно перспективным здесь считают сектор ядерной энергетики, который имеет очень большой потенциал для дальнейшего развития и оптимизации. Представляем вашему вниманию 10 примеров инновационных решений по интеграции 3D печати на объектах ядерной энергетики в разных странах мира.
1. Лаборатория ORNL напечатала на 3D принтере рабочий ядерный реактор
Одним из наиболее выдающихся инноваторов в этой сфере можно назвать американскую лабораторию ORNL (Oak Ridge National Laboratory). Ее команда несколько лет изучает возможности для применения аддитивных технологий при производстве ядерной энергии. В мае 2020 они представили первый прототип ядра реактора, напечатанный из металла на 3D принтере DED. Проект участвует в программе TCR, созданной для поиска более производительных и менее дорогостоящих альтернатив традиционным ядерным реакторам. На разработку ядра реактора у ORNL ушло всего три месяца: от подготовки дизайна до постобработки. Сам процесс 3D печати длился 40 часов при температуре 1400 С.
2. Ultra Safe Nuclear Corporation спроектировала микромодульный реактор
В 2022 году компания Ultra Safe Nuclear Corporation представила проект по разработке высокофункциональных, экономичных и безопасных микромодульных ядерных реакторов. Для его реализации она использует популярную аддитивную технологию Binder Jetting (BJ) и сотрудничает с известной лабораторией ORNL. 3D печать помогла команде справиться со сложностями, связанными с использованием карбида силикона – так называемой “технической керамики”. Аддитивные технологии позволяют точнее, быстрее и экономичнее изготавливать объекты со сложной геометрией, чем традиционные методы производства.
3. Чешские энергетики используют 3D печать для оптимизации поставок деталей
Чешская энергетическая компания CEZ является одним из крупнейших предприятий в центральной и восточной Европе. Она запустила производство комплектующих для своих объектов при помощи аддитивных технологий, чтобы оптимизировать их поставки. Для этих целей энергетики приобрели и установили принтер для крупномасштабной печати, способный выпускать детали массой до 600 кг. По словам представителей компании, они изготавливают изделия с простой геометрией традиционными методами, а геометрически сложные объекты (например, шестерни) – при помощи 3D печати.
4. Аддитивные технологии помогают изготавливать критически важные компоненты атомной электростанции в Алабаме
Всего в США работают 93 атомные электростанции, второй по мощности среди них является Tennessee Valley Authority’s Browns Ferry Nuclear Plant в штате Алабама. В 2021 году ее реактор был оснащен четырьмя кронштейнами ТВС, напечатанными на 3D принтере в уже известной нам лаборатории ORNL. Это был первый из успешно реализованных проектов такого типа, который подтвердил на практике возможность применения подобных деталей в ядерных реакторах. Крепежные элементы были изготовлены при помощи технологии селективного лазерного плавления из металлического порошка TruForm 316 (Fe-271) на основе стали, никеля, хрома и молибдена. 3D печать позволила разработать крепеж с несимметричной геометрией.
5. Siemens стала первопроходцем в сфере 3D печати компонентов для ядерной энергетики
Первую в истории функциональную деталь атомной электростанции разработала при помощи 3D печати корпорация Siemens. Ею стал 108-мм импеллер пожарного насоса для атомной электростанции Krsko в Словении. Поиск альтернативы данному оборудованию был критически важен, так как предыдущая деталь выпущена в 1981 году и ее компании-производителя уже не существует на сегодняшний день. Подразделение Siemens в Словении задействовало реверс-инжиниринг и создало “цифровую” копию этого импеллера на базе аддитивных технологий.
6. Университет Северной Дакоты проектирует реакторы из укрепленной стали, адаптированные для 3D печати
Группа исследователей из университета Северной Дакоты основала проект по разработке ядерных реакторов из стали при помощи 3D печати. В качестве материала они выбрали аустенитную сталь: этот сплав укреплен азотом, что делает его более прочным и стойким к разным видам внешнего воздействия. На данный момент сотрудники университета работают над дизайном компонентов реактора, а затем направят их в национальную лабораторию Оук Ридж (ORNL). Там работоспособность этих деталей будет комплексно тестироваться в условиях высоких температур.
7. Westinghouse успешно печатает функциональные компоненты для своих АЭС
3D печать особенно востребована для производства функциональных деталей. В 2020 году крупнейшая энергетическая компания США Westinghouse использовала аддитивные технологии при разработке уплотнительных втулок для одной из своих атомных электростанций. В то время это было 100% инновацией для индустрии. В 2022 году она разработала при помощи 3D печати из металла мусорные фильтры для двух водяных ядерных реакторов (BWR) в Финляндии и Швеции. Эти детали обладают повышенной производительностью и являются более надежными, чем их традиционные аналоги.
8. Framatome изготовила элемент топливной системы АЭС при помощи лазерной 3D печати
Французская энергетическая компания Framatome представила оборудование для сбора топлива, созданное ею на основе 3D печати. Данный компонент предназначен для атомной электростанции в Форсмарке, Швеция. Его дизайн имеет сложную конструкцию и выполнен в виде комбинации металлических трубок и цилиндрических пеллетов, напечатанных из сплава диоксида урана. Конструкция изделия также эффективно предотвращает попадание мусорных частиц в топливную систему АЭС. Для его разработки Framatome использовала технологию лазерной 3D печати.
9. Университет Пердью разрабатывает микрореактор при помощи 3D печати с участием ИИ
Университет Пердью в штате Индиана получил грант в размере $800 000 от министерства энергетики США для реализации проекта по разработке микрореактора на базе аддитивных технологий. Команда его сотрудников сейчас работает над созданием технологии искусственного интеллекта, предназначенной для контроля качества печатаемых компонентов ядерного реактора. Такая интеграция позволит сделать инновационное оборудование более эффективным, надежным и безопасным. Технологии ИИ способны автоматически регулировать ключевые параметры аддитивного производства: скорость печати, температуру плавления и т.д.
10. BWX Technologies и ORNL создают инновационный сплав металлов для 3D печати компонентов АЭС
Компания BWX Technologies совместно с лабораторией ORNL работают над созданием новой технологии 3D печати из металла для производства компонентов АЭС. Они разрабатывают высокотемпературные сплавы из никеля и огнеупорных металлов, детали из которых можно печатать при помощи электронно-лучевой плавки. Внедренная разработчиками инновация позволит компонентам выдерживать температуру до 1482 С, что повысит производительность атомной электростанции почти на 50%. Еще применение аддитивных технологий снизит затраты на ремонт и обслуживание деталей, а также ускорит их прототипирование.
