韓國原子能研究所(KAERI)的科學家已經3D打印了一個具有足夠阻力特性的大型安全閥，使其能夠在核反應堆中使用。
通過將3D打印和CNC加工相結合，KAERI團隊能夠制造出30公斤的水龍頭，并具有超精密的功能，包括一組復雜的內部冷卻通道。在測試過程中，該閥門達到了商業備件中的“ 1級”安全等級，這意味著它有能力承受核工業中最嚴重的輻射暴露。
維護核電站
隨著世界繼續遠離化石燃料，許多國家選擇采用核能作為低碳替代品。特別是，美國已成為核電的全球領導者，通過這種方式產生的電力占世界電力的30%以上。自2007年以來，美國已投產了24座反應堆。
為了確保這些工廠繼續安全運行，并且避免再次發生過去的災難，必須對它們進行經常性的維護和維修。但是，KAERI團隊發現某些安全關鍵部件的短缺，例如用于減輕堆芯壓力的化學和體積控制系統(CVCS)閥門。
具體而言，CVCS用于在反應堆內執行流體供應或流量任務，并且盡管可以部署在其他地方，但安全級閥門始終必須滿足某些標準。例如，核部件在部署之前必須通過水壓，運行和流量測試，并且以前證明按需創建足夠有彈性的組件是困難的。
組裝前，KAERI團隊的閥門被3D打印成三個獨立的零件(如圖)。圖片來自《核問題雜志》。
制造重型閥門
根據KAERI科學家的說法，僅金屬3D打印還不足以替代傳統生產，以制造核備用件。但是，通過將定向能量沉積(DED)技術與5軸CNC加工相結合，團隊發現他們能夠以所需的極高精確度來制造復制品。
研究人員的鉻和鎳基閥門具有3D打印的閥體，閥蓋和閥籠，組裝后，對300mm裝置進行了嚴格的評估。在壓力測試期間，發現設備的層邊界充當殘余應力的焦點，從而使強度降低了7-8%。
同樣，當CVCS在1100 o C的熱等靜壓機(HIP)中進行后處理時，其完整性降低了33%，比傳統閥門高出18%。不過，就穩定的性能及其“疲勞極限”而言，這種增材制造的設備的抗拉強度為202.6 MPa，優于商用產品。
總體而言，研究小組得出結論，盡管對熱處理產生了反應，但其附加閥的恒定強度足以使其最終使用。考慮到該小組的CECS復制了1類類別的組件，國際原子能機構核監管機構會將其歸類為“其失效將導致嚴重程度后果的部分”。3D打印部件的強度確實得到了高度贊揚。
加性原子應用
使用3D打印，現在可以制造耐高溫部件，并且在過去一年中，美國能源部投入了大量資源來開發該技術的核應用。
橡樹嶺國家實驗室(ORNL)是測試3D打印核零件的關鍵，并于2020年12月安裝了其第一個與安全相關的組件。據報道，通過與田納西河谷管理局(TVA)和燃料供應商Framatome的合作，ORNL能夠將燃料組件支架整合到反應堆堆芯中。
ORNL也正在3D打印全功能微反應器，稱為“轉化挑戰反應器(TCR)”。通過將增材制造，先進材料和集成傳感器相結合，ORNL旨在優化并降低與建造核電站相關的成本。
在其他地方，阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的科學家已經利用3D打印來提高核廢料的可回收性。Argonne小組相信，使用他們的新型增材制造的接觸器設備，可以重復利用多達97%的浪費的核燃料。
研究人員的發現在名為“通過激光定向能量沉積的增材制造3英寸核安全1級閥門”的論文中得到了詳細說明。這項研究由Suk Hoon Hoang，Joowon Suh，Sang Yeob Lim，Seungmun Jung，Young Woon Jang和In Soo Jun合著。
