與航空工業發生的3D打印產業化進展類似，3D打印正在開發中永久性地改變核能技術的過程中，3D打印和先進的制造技術可能徹底改變核能工業，以小型堆推動能源系統的低碳轉型。核工業比其他要求嚴苛的行業要保守得多，在探索該領域的增材制造應用時需要考慮很多復雜性。盡管存在這些復雜性，但西屋似乎在這個利基市場中占據了一席之地。日前，西屋在核能增材制造領域再次首發：制造和安裝 3D 打印燃料碎片過濾器。

3D打印燃料碎片過濾器
© 西屋電氣

 更有效的過濾

      西屋是先進核電站設計、核燃料、服務和維護以及儀表和控制系統的供應商，剛剛在芬蘭的 Olkiluoto 2 兩個北歐沸水反應堆 (BWR) 裝置以及瑞典的Oskarshamn 3 BWR反應堆中安裝了 StrongHold® AM 3D 打印核燃料碎片過濾器。

Olkiluoto 2 反應堆

西屋與工廠運營商 Teollisuuden Voima Oyj (TVO) 和 OKG 密切合作，在 StrongHold AM 過濾器的3D打印制造中增強了部件的捕獲功能，以防止碎片進入燃料組件，防止可能損壞包殼。如果沒有這種保護和使用這種技術，很容易發生計劃外和代價高昂的核能發電中斷。

燃料碎片過濾器的存在原因與核反應堆的工作原理相關，用于輕水反應堆的核燃料組件通常包括沿著縱向軸線延伸的燃料棒束，燃料棒在縱向和橫向上由支撐結構支撐成間隔關系。

工作中，多個核燃料組件豎直定位且并排布置在反應堆容器中，從而形成反應堆堆芯，并且使冷卻劑流體豎直流過核燃料組件。冷卻劑流體具有減緩核反應和從核燃料組件的燃料棒中回收熱量的功能。

存在于冷卻劑流體中的碎屑可能會損壞核燃料組件的燃料棒，為了阻止這種風險，需要配置碎屑過濾器，而具有復雜形狀的碎屑過濾器可以通過3D打印-增材制造來制造。

根據3D科學谷的市場觀察，不僅僅是西屋，法瑪通也開發了核燃料組件底端部碎屑過濾器和制造這種碎屑過濾器的方法與流程技術，其專利中提到了通過3D打印來制造碎屑過濾器。

 助力下一代核能技術開發

核電行業的一些專業設備結構比較復雜、使用環境相對苛刻，同時對零部件的機械性能要求很高。3D打印技術在小批量產品快速制造、復雜零部件制造領域頗具優勢，國際和國內目前在將3D打印技術應用到核電組件的探索方面獲得了不斷的突破。

© 3D科學谷白皮書

       如果說發動機是飛機的“心臟”，那么核反應堆堪稱為核電站的“心臟”了。與航空工業發生的3D打印正在創造下一代飛機的“心臟”類似，3D打印正在永久性地改變核能技術中的核電站反應堆的核心組件。3D 打印使的開發人員能夠使用一些高性能材料實現高度復雜的設計，例如用于冷卻通道的設計，這在以前是不可能的。還可以使用新的材料，例如，使用碳化硅等材料，這樣可以顯著提高核心的性能和安全性。

此外，3D 打印有助于小體積和“混合”結構的構建。這意味著，研究人員可以將其他組件嵌入并結合到材料中，特別是傳感器。

     一個值得注意的發展趨勢是在未來 30 年內，許多現有的核反應堆可能會退役，因為它們基于 70 年歷史的輕水技術。國際上，西屋推出了下一代伊達芬奇（eVinci）微型核反應堆，另外一家企業USNC通過與ORNL國家橡樹嶺實驗室的合作，使用粘結劑噴射3D打印技術制造核能發電的包覆燃料的基體和(或)包覆層的燃料元件。

3D打印正在為核能發電創造新的可能，助力下一代核能技術的開發與發展。

(責任編輯：admin)

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