韩国原子能研究所(KAERI)的科学家已经3D打印了一个具有足够阻力特性的大型安全阀，使其能够在核反应堆中使用。
通过将3D打印和CNC加工相结合，KAERI团队能够制造出30公斤的水龙头，并具有超精密的功能，包括一组复杂的内部冷却通道。在测试过程中，该阀门达到了商业备件中的“ 1级”安全等级，这意味着它有能力承受核工业中最严重的辐射暴露。
科学家的3D打印阀门(如图)宽300毫米、重30公斤。图片来自《核问题杂志》。
维护核电站
随着世界继续远离化石燃料，许多国家选择采用核能作为低碳替代品。特别是，美国已成为核电的全球领导者，通过这种方式产生的电力占世界电力的30%以上。自2007年以来，美国已投产了24座反应堆。
为了确保这些工厂继续安全运行，并且避免再次发生过去的灾难，必须对它们进行经常性的维护和维修。但是，KAERI团队发现某些安全关键部件的短缺，例如用于减轻堆芯压力的化学和体积控制系统(CVCS)阀门。
具体而言，CVCS用于在反应堆内执行流体供应或流量任务，并且尽管可以部署在其他地方，但安全级阀门始终必须满足某些标准。例如，核部件在部署之前必须通过水压，运行和流量测试，并且以前证明按需创建足够有弹性的组件是困难的。
组装前，KAERI团队的阀门被3D打印成三个独立的零件(如图)。图片来自《核问题杂志》。
制造重型阀门
根据KAERI科学家的说法，仅金属3D打印还不足以替代传统生产，以制造核备用件。但是，通过将定向能量沉积(DED)技术与5轴CNC加工相结合，团队发现他们能够以所需的极高精确度来制造复制品。
研究人员的铬和镍基阀门具有3D打印的阀体，阀盖和阀笼，组装后，对300mm装置进行了严格的评估。在压力测试期间，发现设备的层边界充当残余应力的焦点，从而使强度降低了7-8%。
同样，当CVCS在1100 o C的热等静压机(HIP)中进行后处理时，其完整性降低了33%，比传统阀门高出18%。不过，就稳定的性能及其“疲劳极限”而言，这种增材制造的设备的抗拉强度为202.6 MPa，优于商用产品。
总体而言，研究小组得出结论，尽管对热处理产生了反应，但其附加阀的恒定强度足以使其最终使用。考虑到该小组的CECS复制了1类类别的组件，国际原子能机构核监管机构会将其归类为“其失效将导致严重程度后果的部分”。3D打印部件的强度确实得到了高度赞扬。
加性原子应用
使用3D打印，现在可以制造耐高温部件，并且在过去一年中，美国能源部投入了大量资源来开发该技术的核应用。
橡树岭国家实验室(ORNL)是测试3D打印核零件的关键，并于2020年12月安装了其第一个与安全相关的组件。据报道，通过与田纳西河谷管理局(TVA)和燃料供应商Framatome的合作，ORNL能够将燃料组件支架整合到反应堆堆芯中。
ORNL也正在3D打印全功能微反应器，称为“转化挑战反应器(TCR)”。通过将增材制造，先进材料和集成传感器相结合，ORNL旨在优化并降低与建造核电站相关的成本。
在其他地方，阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学家已经利用3D打印来提高核废料的可回收性。Argonne小组相信，使用他们的新型增材制造的接触器设备，可以重复利用多达97%的浪费的核燃料。
研究人员的发现在名为“通过激光定向能量沉积的增材制造3英寸核安全1级阀门”的论文中得到了详细说明。这项研究由Suk Hoon Hoang，Joowon Suh，Sang Yeob Lim，Seungmun Jung，Young Woon Jang和In Soo Jun合著。