國際上USNC通過粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)制造核能領(lǐng)域的包覆燃料的基體和(或)包覆層的燃料元件。USNC的商用放射性同位素加熱器可以集成到著陸器和漫游車等太空探索設(shè)備中，使它們能夠在傳統(tǒng)熱源失效的寒冷條件下生存。此功能對(duì)于防止設(shè)備和組件在 14 天的陰歷夜、月球永久陰影區(qū)域以及太陽能和化學(xué)電源效率低下或無法使用的其他地方凍結(jié)至關(guān)重要。

粘結(jié)劑噴射技術(shù)用于3D打印陶瓷材料的核反應(yīng)材料存儲(chǔ)器? USNC

成就下一代核能反應(yīng)堆

根據(jù)ACAM亞琛增材制造中心，3D打印-增材制造的發(fā)展趨勢(shì)朝向多維度的深化層面，面向量產(chǎn)應(yīng)用，3D打印突破當(dāng)前應(yīng)用對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求的限制，向應(yīng)用端深度延伸走向產(chǎn)業(yè)化的一條發(fā)展路徑是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的產(chǎn)品。

根據(jù)清華大學(xué)劉榮正副教授課題組在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表的評(píng)述文章“碳化物陶瓷材料在核反應(yīng)堆領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀”，新一代核能系統(tǒng)要求所用的材料具備更好的力學(xué)性能、熱物理性能、抗輻照性能、耐蝕和抗熱震性等，碳化物陶瓷材料是重點(diǎn)研究對(duì)象。

討論了七種3D打印技術(shù)制造致密、結(jié)構(gòu)先進(jìn)的陶瓷部件，并揭示了七種技術(shù)中的一種技術(shù)：粘結(jié)劑噴射3D打印在陶瓷方面的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景。這一技術(shù)正在獲得商業(yè)化突破，其落腳點(diǎn)之一正是發(fā)揮了陶瓷耐高溫特性的核能反應(yīng)堆陶瓷組件的3D打印。

科研與商業(yè)化結(jié)合的核能組件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化

總部位于西雅圖的Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) 已授權(quán)使用碳化硅等耐火材料為核反應(yīng)堆 3D 打印組件的新方法。該方法由橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，將粘結(jié)劑噴射 3D 打印技術(shù)與化學(xué)蒸汽滲透工藝相結(jié)合，能夠更有效地制造反應(yīng)堆組件，并且更加復(fù)雜。通過許可該方法，USNC 希望推動(dòng)其開發(fā)和部署核能發(fā)電設(shè)備的使命，這種設(shè)備不僅安全、使用簡(jiǎn)單，而且具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

USNC 已授權(quán) ORNL 的新型粘結(jié)劑噴射3D打印增材制造方法生產(chǎn)復(fù)雜的核反應(yīng)堆組件? ORNL

為了解決這個(gè)問題，ORNL 正在領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆 (TCR)，并得到美國能源部 (DoE) 計(jì)劃的支持，以探索在美國更快、更便宜的核能分配，以降低制造成本和交貨時(shí)間并改進(jìn)安全。作為該計(jì)劃的一部分，ORNL 正在使用直接能量沉積 (DED) 3D 打印等技術(shù)建造核反應(yīng)堆堆芯。2020 年，普渡大學(xué)在收到美國能源部 80萬美元的資助后，成為 TCR 計(jì)劃的主要貢獻(xiàn)者。因此，普渡大學(xué)正在開發(fā)一種人工智能 (AI) 模型，以確保反應(yīng)堆堆芯 3D 打印組件的核級(jí)質(zhì)量。

燃燒組件支架? ORNL/DoE

理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的粘結(jié)劑噴射3D打印復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)

由于3D打印技術(shù)可以成就復(fù)雜的產(chǎn)品形狀并制造更加特殊的材料，研究和開發(fā)不同類型3D打印技術(shù)在核能領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)中國核能的發(fā)展將變得越發(fā)重要。

粘結(jié)劑噴射技術(shù)的3D打印過程是通過噴射液體粘結(jié)劑將粉末選擇性地粘合在薄層中，一層一層的重復(fù)粘合過程。分辨率受粉末尺寸或粘結(jié)劑液滴尺寸的限制，具體取決于哪個(gè)較大。通過使用小于 50 μm 的噴嘴孔口，可以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑噴射技術(shù)的出色尺寸精度。粘結(jié)劑流變學(xué)和噴嘴幾何形狀在控制液滴大小方面起著重要作用。