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        盘点3D打印在工业领域的关键应用

        作者 正文
        e*****2
        发表时间:2016-04-06 15:23:48

          同样,3D打印技术在核工业领域具有不容忽视的潜力。当前,3D打印技术已被应用于核工业:英国的Sellafield核反应基地通过三维扫描和3D打印技术来制造低放射性废物容器用于移动核反应垃圾;印度原子能部先进技术的Raja Ramanna中心,利用激光直接制造系统制作核反应器原型;中国的中核北方核燃料元件有限公司通过选择性激光融化技术打印燃料元件;英国核电站通过电弧焊增材制造技术制作高性能部件……”


        3D打印-在核工业领域的探索


          当然,要满足核工业的要求,微观层面的机械性能很重要,包括材料的尺寸分布、组合成份、热加工性能等。不仅仅是3D打印技术本身,包括材料的后处理达到高温下力学性能的要求亦面临着极大的挑战。


          虽然,核工业中所涉及的许多特殊材料可能并不适合当前的3D打印技术水平,包括变频器、压力传感器、激光发射、热电池和??仄鞯认钅?,不仅带电而且还是动态的。但是3D打印仍存在不少可尝试的领域,可用于3D打印的金属包括:钛、镍铬合金、高镍不锈钢和其他低碳钢。另外耐腐蚀塑料,碳纤维对高腐蚀的UF6来说是比较好的选择。


          3D打印用于核工业,一切在探索与发展中,让我们通过几个典型的案例更清晰地领略当3D打印与核工业相遇,会带来什么?


        选择性激光融化-中国中核北方核燃料元件的3D打印


        低放射性废物容器打印-英国Sellafield核基地的逆向工程尝试


          1940年代建设的英国Sellafield核基地是世界上最古老的核工业基地之一,该工厂的零件很多是一次性设计的,要更换这样的零件必须是定制的,这是个昂贵且耗时的过程。3D打印技术提供了一个新机会,使得组件相对快速和容易被更换,节省了时间和纳税人的金钱。


          在对40吨垃圾中转集装箱更换盖子的设计方面,通过扫描和3D打印技术,单个零件不仅比传统的加工方式节约了六个月的加工时间,而且还节约了4万多美金。


          反应器模型的制造


          位于法国圣保罗冈的国际热核实验反应堆-ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor),是世界上最昂贵和最复杂的核试验反应堆机构。


          ITER在美国的团队:美国国家橡树岭实验室通过3D打印核反应器塑料模型和金属原型的方法来降低ITER的研究运营成本。


          在电脑中查看核反应器设计的模型时候,通常很难对反应器的每个部位产生直观的感受,而且很容易产生疲劳感。3D打印的模型解决了这一问题,科学家不仅获得直观的感觉,并且还可以用手触摸,提出修改意见。


          金属零件的设计探索过程中亦是如此,如果要制作一个1比1的金属零件,那需要上吨重的材料,并且十分昂贵,通过3D打印缩小比例的金属零件,例如打印中断缓解系统的快速气体阀门,来发现设计中存在的缺陷以及需要优化的地方,从而减少设计迭代的成本,周期和环节。


          同样的尝试,作为工程和物理科学研究理事会(EPSRC)资助的项目,英国剑桥大学通过3D打印模型来辅助研究钍能,以期通过寻找新时代的核动力,帮助英国实现碳减排目标和能源安全的目标。


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