韓國科學家利用3D打印制造核能安全閥

    眾所周知，核能是一種更為清潔的能源，能夠幫助各個國家遠離化石燃料（石油、煤等）帶來的大氣污染等問題。不過，核電站出現(xiàn)問題造成的災難也是震撼人心的，因此核電站的安全維護和維修是十分重要的。為了給核電站配備更為充足的備件生產(chǎn)源，韓國原子能研究所（KAERI）的科學家已經(jīng)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。

3D打印的核能安全閥

    以美國為例，自2007年以來，美國已投產(chǎn)了24座反應堆。為了確保這些工廠繼續(xù)安全運行，并且避免再次發(fā)生過去的災難，請經(jīng)常對其進行維護和維修。但是，KAERI團隊發(fā)現(xiàn)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(tǒng)（CVCS）閥門。

    具體而言，CVCS用于在反應堆內執(zhí)行流體供應或流量任務，并且雖然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(chuàng)建足夠有彈性的組件是困難的。

閥門設備由三個獨立部分組成

    根據(jù)KAERI科學家的說法，僅金屬3D打印還不足以替代傳統(tǒng)生產(chǎn)，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，該團隊發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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攝氏度的熱等靜壓機（HIP）中進行后處理時，其完整性降低了33％，比傳統(tǒng)閥門高出18％。不過，就穩(wěn)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(yōu)于商用產(chǎn)品。

    總體而言，研究小組得出結論，盡管對熱處理產(chǎn)生了反應，但其附加閥的恒定強度足以使其最終使用?？紤]到該小組的CECS復制了1類類別的組件，國際原子能機構的核監(jiān)管機構會將其歸類為“其失效會導致嚴重程度高的后果的部分”。3D打印部件的強度確實得到了高度贊揚。