3D打印的核能安全阀
以美国为例自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请经常对其进行维护和维修。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虽然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。
阀门设备由三个独立部分组成
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加工相结合该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摄氏度的热等静压机(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的核监管机构会将其归类为“其失效会导致严重程度高的后果的部分”。3D打印部件的强度确实得到了高度赞扬。