Amerykańscy naukowcy wprowadzili przełomowe podejście do budowania komponentów reaktorów jądrowych szybciej niż kiedykolwiek wcześniej, wykorzystując jedną z największych na świecie drukarek 3D.
Naukowcy z Centrum Zaawansowanych Konstrukcji i Kompozytów (ASCC) Uniwersytetu Maine (UMaine) wykorzystali wielkogabarytową polimerową drukarkę 3D do zaprojektowania ogromnych, precyzyjnie ukształtowanych betonowych okładzin szalunkowych.
Te niestandardowe wykładziny zostały zbudowane dla Kairos Power, kalifornijskiej firmy projektującej 35-megawatowy (MW) reaktor jądrowy nowej generacji, Hermes. Ten reaktor małej mocy jest budowany w Oak Ridge w stanie Tennessee.
Każda wymagana sekcja ściany Kairos Power ma trzy stopy grubości, 27 stóp wysokości i ma kształt złożonej sinusoidalnej krzywizny. Nową metodę zastosowano, gdy stało się jasne, że konwencjonalna konstrukcja jest zbyt powolna, zbyt kosztowna i zbyt sztywna, aby dotrzymać projektu zgodnie z harmonogramem.
Drukowanie konstrukcji masywnych
W obliczu napiętego terminu i a projekt reaktora wymagając precyzji na poziomie milimetra, firma Kairos Power zwróciła się do ASCC zgodnie z zaleceniem Narodowego Laboratorium Oak Ridge (ORNL) Departamentu Energii (DOE).
Firma poprosiła badaczy z ASCC o wydrukowanie najdłuższych form, jakie kiedykolwiek wyprodukowano w centrum do odlewania masywnej betonowej ściany reaktorów chroniącej przed promieniowaniem. Formy zostały następnie precyzyjnie obrobione, aby zachować wąskie tolerancje.
W obiekcie znajduje się największy na świecie polimer Drukarka 3D, która jest w stanie wydrukować setki funtów materiału na godzinę. Następnie zespół zaprojektował i wydrukował w 3D specjalistyczne okładziny z betonu sinusoidalnego, które pasują do stalowej ramy.
Kredyt: Uniwersytet Maine
Następnie nowy zespół ds. skanowania i metrologii porównał każdą krzywiznę i kąt z modelem cyfrowym, aby zapewnić dokładność i jakość. „Nie było marginesu błędu” – zauważyła Susan MacKay, dyrektor ds. materiałów zrównoważonych w ASCC.
Wysiłki te zaowocowały hybrydowym systemem odlewania, który obniżył koszty, przyspieszył produkcję i pomógł firmie Kairos Power w utrzymaniu realizacji projektu o wysokiej stawce.
„Dotrzymaliśmy komercyjnego terminu, dostarczając masywne i precyzyjne komponenty, co było wyczynem zdumiewającym jak na ośrodek akademicki” – kontynuował MacKay. „To partnerstwo pokazuje, że możliwości UMaine naprawdę działają na najwyższym poziomie prędkość przemysłu– kontynuował MacKay.
Zaawansowana technologia drukowania
UMaine powiedział, że prace są częścią stowarzyszenia Specialized Materials and Manufacturing Alliance for Resilient Technologies, znanego również jako SM²ART. Partnerstwo stawia czoła wyzwaniom branżowym i zmniejsza koszty produkcji poprzez wykorzystanie lokalnych materiałów i zaawansowanych możliwości produkcyjnych uniwersytetu i ORNL.
Ryan Dehoff, dyrektor ośrodka demonstracyjnego produkcji w DOE, powiedział, że UMaine pokazuje, w jaki sposób uniwersytety i laboratoria krajowe mogą połączyć siły, aby wzmocnić produkcję w USA. „Partnerstwa takie jak SM²ART zapewniają przemysłowi bezpośrednią ścieżkę do narzędzi i talentów potrzebnych do budowy krajowej infrastruktury energetycznej i obronnej nowej generacji” – stwierdził.
Kredyt: Uniwersytet Maine
Oprócz drukowania fizycznego badacze z UMaine tworzą cyfrowe zabezpieczenie za pośrednictwem magazynu właściwości procesu materiałowego (MPPW). System wykorzystuje sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe do rejestrowania i śledzenia każdego etapu wielkoskalowej produkcji przyrostowej i konwergentnej.
Tworząc wątek cyfrowy, MPPW umożliwia produkcję certyfikowanych komponentów, co stanowi przełom, który zmniejsza koszty, opóźnienia regulacyjne i ryzyko dla branż takich jak energia jądrowa i obrona.
Habib Dagher, dyrektor wykonawczy ASCC, zauważył, że 27-letnie centrum, mieszczące się w laboratorium o powierzchni 15 000 stóp kwadratowych i zatrudniającym 400 pracowników, ma długą historię spełniania wymagających harmonogramów prywatnego przemysłu.
„To niezwykły poziom wyników jak na instytucję akademicką i kluczową przewagę, ponieważ Stany Zjednoczone starają się modernizować swoją infrastrukturę energetyczną” – podsumował w przemówieniu komunikat prasowy.
