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近年來，增材制造在能源領域發揮著越來越重要的作用，比如石油和天然氣領域，現在它也被用于核領域。近年來，核電行業日益受到重視，世界核協會的數據顯示，2019 年，核電行業在 33 個國家擁有 438 個可運行反應堆，是世界第二大低碳電力來源。

根據美國能源情報署（EIA）的數據，2020 年世界核電總發電量為 25,910 億千瓦時，占世界總發電量的 10.1%。

為了更好地了解增材制造在核領域的應用發展，國內3D行業媒體南極熊整理了3D打印在核電站中的一些主要用途。

●ORNL 的 3D 打印反應器
核能和3D打印領域最活躍的參與者之一無疑是美國的橡樹嶺國家實驗室（ORNL），這個團隊多年來一直致力于研究增材制造如何影響核電領域。例如，2020 年 5 月，他們展示了第一個反應堆堆芯原型，是通過DED機器3D金屬打印的。該項目是“轉型挑戰反應堆示范”(TCR) 計劃的一部分，其目標是在非常短的時間內實現更便宜、更高效的能源系統。這個反應堆堆芯從設計階段到后期處理只用了三個月時間，打印過程僅僅需要40小時的工作，溫度可以達到1,400°C。

●Ultra Safe Nuclear Corporation 與 ORNL 合作開發微型反應堆
Ultra Safe Nuclear Corporation 是一家美國核公司，旨在開發和整合安全、清潔和具有商業競爭力的核解決方案。2022 年，它宣布計劃與橡樹嶺國家實驗室合作，利用后者的增材制造能力推進核電，通過使用Binder Jetting技術來制造微型模塊化反應堆。選擇增材制造技術能夠使團隊克服與碳化硅相關的挑戰，他們將節省資金并設計處比傳統方法更復雜的幾何形狀。

●Czech Energy公司使用 3D 打印優化供應鏈
?EZ 是中歐和東歐最大的公共企業，該公司的核部門與捷克核公司 ?koda JS 合作，選擇增材制造技術，優化其自身的供應鏈問題并減少停機時間。僅一年，他們就使用這項技術生產了 4159 個塑料和金屬零件。在新冠病毒和烏克蘭戰爭期間、該公司使用增材制造技術極大的降低了供應鏈中出現的風險。大型打印機可以生產重達 600 公斤的金屬零件，在短時間內更換有缺陷的零件。?EZ 董事會成員兼核能部門主管 Bohdan Zronek 解釋說，幾何形狀更簡單的零件是使用傳統方法生產的，復雜的零件可以有3D打印輕松制出。

△金屬 3D 打印一直是核電企業的首選方法（圖片來源：Markforged）

●Alabaman Reactor中的安全關鍵部件
根據 EIA 的數據，美國目前有 93 座運行中的核電站。其中之一是位于阿拉巴馬州雅典市的Browns Ferry核電站，這是該國的第二大核電站。在 Plant Unit 2 中，TVA、Framatome 和 DOE 核能辦公室資助了位于橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 的轉型挑戰反應堆 (TCR) 計劃，在 2021 年就安裝了四個用于核反應堆的 3D 打印燃料組件支架。該項目很有趣，因為它在美國尚屬首例，表明可以在高度監管的環境中部署合格的 3D 打印組件，比如核反應堆。安全緊固件是安全關鍵部件，采用激光粉末床熔合和 TruForm 316 (Fe-271) 制成，TruForm 316 (Fe-271) 是一種由鐵、鎳、鉻和鉬組成的金屬粉末合金。

●Slovenia的siemens（西門子）：Kr?ko 工廠
核電站中的第一個 3D 打印和運行部件是西門子生產的。它是Slovenia（斯洛文尼亞） Kr?ko 核電站持續運行的消防泵的直徑 108 毫米的金屬葉輪，由西門子設計和增材制造。增材制造的使用是必不可少的，因為自該工廠于 1981 年投產以來，原始葉輪一直在運行，而其原始制造商已停業。斯洛文尼亞的西門子團隊隨后對零件進行逆向工程并創建了一個“數字孿生”，以使用金屬增材制造來重建零件。該項目標志著 AM 行業向前邁出了重要一步，因為 3D 打印部件首次展示了安全運行并通過了核電所需的所有測試，核電是最復雜和要求最高的行業之一。

△圖片來源：西門子

●Westinghouse Electric（西屋電氣）公司通過 3D 打印打造行業第一

3D打印在功能部件的制造中發揮著重要作用。2020 年，西屋公司在其一個核反應堆中安裝了一個使用 3D 打印制作的頂針封堵裝置。在當時，這在業內尚屬首次。此后，它繼續專注于增材制造，兩年后再次開辟了新天地，分別在芬蘭和瑞典的兩個沸水反應堆 (BWR) 裝置中安裝了 3D 打印的碎片過濾器 ，增強的過濾捕獲功能，標志著公司在采用增材制造方面向前邁進了一步。

△照片來源：西屋電氣

●法國核公司 Framatome 的 3D 打印

法國跨國公司Framatome宣布已開發出一種 3D 打印不銹鋼燃料組件。該產品是在瑞典 Forsmark 的一家核電站生產的，特別是在 Vattenfall。。該部件是一個頂端網格，用于固定燃料棒，金屬管中堆放著圓柱形燒結二氧化鈾顆粒。它還用于防止大塊碎片進入燃料組件。為了生產它，Framatome使用了 3D 激光打印技術，但 Framatome 沒有具體說明是哪一種。

△照片來源：Framatome

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