“?核工業(yè)與航空航天工業(yè)都需要高質(zhì)量、高強度的零部件。在航空航天業(yè)，3D打印技術(shù)已經(jīng)被證明從防燃的塑料件打印，到飛機隔離艙的金屬結(jié)構(gòu)件打印，再到噴油嘴這樣的功能部件的打印是可靠、而且可行的。

同樣，3D打印技術(shù)在核工業(yè)領(lǐng)域具有不容忽視的潛力。當(dāng)前，3D打印技術(shù)已被應(yīng)用于核工業(yè)：英國的Sellafield核反應(yīng)基地通過三維掃描和3D打印技術(shù)用來制造低放射性廢物容器用于移動核反應(yīng)垃圾；印度原子能部先進(jìn)技術(shù)的Raja Ramanna中心，利用激光直接制造系統(tǒng)制作核反應(yīng)器原型；中國的中核北方核燃料元件有限公司通過選擇性激光融化技術(shù)打印燃料元件；英國核電站通過電弧焊增材制造技術(shù)制作高性能部件……”

3D打印-在核工業(yè)領(lǐng)域的探索

當(dāng)然，要滿足核工業(yè)的要求，微觀層面的機械性能很重要，包括材料的尺寸分布、組合成份、熱加工性能等，不僅僅是3D打印技術(shù)本身，包括材料的后處理達(dá)到高溫下力學(xué)性能的要求亦面臨著極大的挑戰(zhàn)。

雖然，核工業(yè)中所涉及的許多特殊材料可能并不適合當(dāng)前的3D打印技術(shù)水平，包括變頻器、壓力傳感器、激光發(fā)射、熱電池和遙控器等項目，不僅帶電而且還是動態(tài)的。3D打印仍存在不少可嘗試的領(lǐng)域，可用于3D打印的金屬包括：鈦、鎳鉻合金、高鎳不銹鋼和其他低碳鋼。另外耐腐蝕塑料，碳纖維對高腐蝕的UF6來說是比較好的選擇。

3D打印用于核工業(yè)，一切在探索與發(fā)展中，讓我們通過幾個典型的案例更清晰地領(lǐng)略當(dāng)3D打印與核工業(yè)相遇，帶來什么？

選擇性激光融化-中國中核北方核燃料元件的3D打印

核燃料元件制造是集設(shè)計與加工于一體的高端精密制造，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多種工序交叉作業(yè)加工才能完成 。2016年伊始，西安鉑力特傳來好消息，其自主研發(fā)的SLM系列設(shè)備BLT-S300為中核北方核燃料元件有限公司（二〇二廠）3D打印CAP1400自主化燃料原型組件下管座。

BLT-S300采用選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)，通過逐層熔化金屬粉末的制造方式，完成傳統(tǒng)機械加工無法制造的復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)零件，制備的成形產(chǎn)品擁有致密性好、尺寸精度高的特點。同時金屬3D打印快速制造的技術(shù)特點，能夠縮減產(chǎn)品開發(fā)周期，降低設(shè)計與制造成本，快速、高性能的實現(xiàn)核燃料元件開發(fā)與制備。

目前BLT-S300在驗收調(diào)試階段，蓄勢而發(fā)，在制備產(chǎn)品性能經(jīng)過驗收合格后，BLT-S300將為二〇二廠3D打印各種復(fù)雜零件建造提供重要的裝備支持。

電弧焊增材制造-英國核電站自動化增材制造單元

與現(xiàn)在所熟悉的三維打印機一樣，大型的增材制造單元可以制造高完整性部件，并將使金屬通過增材制造的方法獲得鍛件的性能。

英國的核電站增材制造自動化單元由庫卡承建，耗資1萬歐元，占地10米x5米的增材制造單元由通過安裝在一個三軸九米龍門的六軸機器人組成，在直徑3.5米的轉(zhuǎn)盤上裝載著二軸機械手。機器人通過進(jìn)行“TOPTIG”電弧焊的方式來完成增材制造，系統(tǒng)中集成了金屬線送入焊槍，是由法國液化空氣集團(tuán)專門為機器人焊接應(yīng)用開發(fā)的。

機器人按照計算機輔助設(shè)計模型的路徑來焊接材料以創(chuàng)建三維幾何形狀。從而創(chuàng)造近凈形零件，用于制造大型泵和閥的殼體或壓力容器，有效降低初始成本和避免昂貴的鍛件或鑄件，并且有助于避免環(huán)境污染問題。

低放射性廢物容器打印-英國Sellafield核基地的逆向工程嘗試

1940年代建設(shè)的英國Sellafield核基地是世界上最古老的核工業(yè)基地之一，該工廠的零件很多是一次性設(shè)計的，要更換這樣的零件必須是定制的，這是個昂貴且耗時的過程。3D打印技術(shù)提供了一個新機會，使得組件相對快速和容易被更換，節(jié)省了時間和納稅人的金錢。

在對40噸垃圾中轉(zhuǎn)集裝箱更換蓋子的設(shè)計方面，通過掃描和3D打印技術(shù)，單個零件不僅比傳統(tǒng)的加工方式節(jié)約了六個月的加工時間，而且還節(jié)約了4萬多美金。

反應(yīng)器模型的制造

位于法國圣保羅岡的國際熱核實驗反應(yīng)堆－ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)，是世界上最昂貴和最復(fù)雜的核試驗反應(yīng)堆機構(gòu)。

ITER在美國的團(tuán)隊：美國國家橡樹嶺實驗室通過3D打印核反應(yīng)器塑料模型和金屬原型的方法來降低ITER的研究運營成本。

在電腦中查看核反應(yīng)器設(shè)計的模型時候，通常很難對反應(yīng)器的每個部位產(chǎn)生直觀的感受，而且很容易產(chǎn)生疲勞感。3D打印的模型解決了這一問題，科學(xué)家不僅獲得直觀的感覺，并且還可以用手觸摸，提出修改意見。

金屬零件的設(shè)計探索過程中亦是如此，如果要制作一個1比1的金屬零件，那需要上噸重的材料，并且十分昂貴，通過3D打印縮小比例的金屬零件，例如打印中斷緩解系統(tǒng)的快速氣體閥門，來發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷以及需要優(yōu)化的地方，從而減少設(shè)計迭代的成本，周期和環(huán)節(jié)。

同樣的嘗試，做為工程和物理科學(xué)研究理事會（EPSRC）資助的項目，英國劍橋大學(xué)通過3D打印模型來輔助研究釷能，以期通過尋找新時代的核動力，幫助英國實現(xiàn)碳減排目標(biāo)核能源安全的目標(biāo)。

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