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3D打印核能微型反应堆25kg换热器轻至22kg的黑科技!

发布日期:2025-01-29 18:10:27 作者: 五星体育360在线直播

  2024年12月27日-29日,第七届中国(成都)国际3D打印大会在成都航空产业园圆满落下帷幕。

  本次大会以增材制造驱动制造业创新、3D打印走进产业园为主题,采用1+6+N的创新模式,汇聚了多位院士及数百位专家学者,在为期三天的会议中,为增材制造产业发展贡献了众多真知灼见。

  本文内容整理自第七届中国(成都)国际3D打印大会能源动力论坛的公开报告,AM易道作为大会合作媒体进行报道分享来自该论坛上中国物理研究院机械制造工艺研究所研究员/增材制造专家关于《增材制造技术赋能微型核反应堆研发》的精彩报告内容。

  声明:本文所有信息均源自对已公开、已直播的会议报告内容的整理,仅供学习交流使用。如仍涉及任何未审核及未授权信息,请及时私信公众号联系删除。

  在全球能源转型的大背景下,核能作为一种清洁、高效、可靠的基础能源,正在经历一场革命性的变革。

  随着小型模块化反应堆(SMR)和微型反应堆技术的兴起,传统的核能发展模式正面临新的机遇与挑战。

  在这个关键时刻,增材制造技术的创新应用,正在为核能产业带来前所未有的突破。

  当前,核能在全球能源供应中扮演着举足轻重的角色,占据全球总发电量的10%。在中国,虽然核电占比仅为5%,但发展势头强劲。

  截至目前,中国大陆正在运行的核电机组达到48台,在建和获准建设的核电机组总数达到102台,超过美国的94台,跃居世界核能第一大国,展现出核能在中国能源体系中的重要地位。

  传统的大型核电站,动辄投资数百亿元,建设周期长达60个月,这种发展模式已经难以适应新时代的需求。市场呼唤着灵活性更好、更具适应性的解决方案,这就是微型反应堆技术应运而生的背景。

  更重要的是,它的应用场景极其广泛,从陆地延伸到海洋,甚至有可能服务于太空探索。

  在深入分析各种技术路线后,研究团队发现增材制造技术可能是解决微型反应堆诸多难点的突破口。

  这项技术不仅仅可以释放设计自由度,实现堆芯性能和堆本体结构的深层次地融合,更重要的是可以在保持甚至提升强度和刚度的同时,实现体积小型化和重量轻量化。

  增材制造技术在核能领域的应用,不仅易于复制和转移,更能显著加速研发迭代速度,大幅度缩短制造周期。

  研究团队提出的GAMR(广泛采用增材技术的微型反应堆)概念,展现了增材制造技术在核能领域的创新应用。

  GAMR选择了氦气作为冷却剂,这是基于氦气优异的导热性能、与材料的良好相容性以及不会被放射性活化等特点。

  这种特殊的三层包覆燃料由内而外依次是疏松碳介质、致密碳介质和碳化硅层,能够在1600度的高温下保持稳定,具有极佳的放射性包容性能。

  这套系统能自动生成优化的组件结构,实现中子学特性、热工性能和燃料力学等多重维度的综合优化。

  在材料研发方面,团队已经突破了镍基合金625的增材制造工艺,实现了近乎无缺陷、高性能的核级部件制造。

  通过3D打印技术,研究团队实现了一个令人瞩目的突破:将原本25公斤的换热器重量降至2.2公斤,实现了90%以上的减重。

  AM易道认为,这不仅仅是简单的数据改进,更代表着核能设备制造领域的一次制造范式转变。

  考虑到核级设备动辄百万元的成本,这种突破将为整个行业带来显著的经济效益。

  在TRISO燃料的制作的完整过程中,增材技术展现出独特优势。从碳化硅粉末的精确控制,到复杂异形的生坯打印,再到烘干、化学气相沉积,直至最终的模型检验,团队建立了一套完整的质量控制体系。

  研究团队实现了大型压水堆锻件标准的增材制造。虽然在满足国际标准的力学性能方面仍需逐步优化,但这一突破已经展示了增材制造在核能领域的巨大潜力。

  特别是在硼钢等难加工材料的制造方面,3D打印技术提供了一个可靠的解决方案,大幅度降低了生产失败率。

  微型反应堆的发展代表着核能产业的未来方向,而增材制造技术则是实现这一愿景的关键使能技术。

  通过GAMR项目的实践,增材制造技术不仅带来了制造方式的革新,更重要的是推动了整个行业设计思维的转变。

  AM易道试图总结邓坚老师的分享,增材制造技术在核能领域的创新应用,为行业带来了三个层面的重要价值:

  随着技术的不断成熟和应用的深入推进,增材制造必将在核能产业的转型升级中发挥逐渐重要的作用,推动整个行业走向更加智能、高效、安全的发展新阶段。

  感谢您阅读到了最后,如果觉得AM易道文章有价值,请您点赞、转发、关注AM易道,与您一道发现3D打印的下一个奇点。

  Reference:1.第七届中国(成都)3D打印大会能源动力论坛-增材制造赋能微型反应堆研发-邓坚2.3.

  注:AM易道与文中提到公司不存在任何形式的商业合作、赞助、雇佣等利益关联。图 片视频来自于网络,仅作为辅助阅读之用途,无商业目的。权归原作者所有,如有任何侵犯权利的行为,请权利人及时联系,我们将在第一时间删除。本文图片版权归版权方所有,AM易道水印为自动添加,辅助阅读,不代表对该图片拥有版权,如需使用图片,请自行咨询版权相关方。本文内容源自第七届中国(成都)国际3D打印大会能源动力论坛的中国物理研究院机械制造工艺研究所有关专家分享,文本仅作为合作新闻媒体报道分享,版权使用需求请自行咨询大会组委会或中国物理研究院机械制造工艺研究所。

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