在国防领域之外，几乎没有哪个行业比核能更受俄乌战争的影响。而美国与以色列对伊朗的袭击似乎也已开始产生类似效应。
自2022年以来，包括美国在内的多国对核能重燃兴趣，但各国已意识到重建核能供应链绝非短期之功。核能建设的长期性恰恰为增材制造（AM）技术提供了用武之地，过去几年核能应用领域的AM研发已取得显著进展。北卡罗来纳大学夏洛特分校与核废料处理专业机构奥拉诺联邦服务公司联合发布的最新案例研究显示，AM技术不仅能助推美国核能复兴，还能大幅降低相关成本。
理解这一可能性的关键在于认识乏核燃料（SNF）——这些用于燃料棒的氧化铀芯块在美国核设施的年回收量达2000公吨。案例研究指出，美国现行回收方案由各运营方自主处理乏燃料，但未来10-15年能源部计划建设集中式SNF贮存库，这将改变现有模式。由此产生的SNF运输硬件需求——尤其是运输容器——成为AM技术的突破口。
这些庞然大物中，公路运输容器重达5万磅，铁路运输容器更是重达25万磅（均含燃料重量）。奥拉诺与北卡罗来纳大学的研究聚焦于使用AM制造容器冲击限制器——这种安装在容器两端的环形部件能在事故中保护内部燃料。
研究团队测试了熔丝制造（FFF）和粉末床熔融（PBF）两种AM工艺，以不锈钢替代传统红木/轻木或铝制材料。通过模拟仿真与实际压缩测试，他们发现5%螺旋二十四面体晶格填充设计在两种工艺下均能“满足坠落事件的防护要求”。按传统工艺单个冲击限制器造价高达100万美元、每个容器需配备2个计算，使用FFF技术单容器可节省100万美元，PBF技术更可节省170万美元。
（压缩测试结果图示：蜂窝结构（上排）vs螺旋二十四面体结构（下排））
当然，正如所有AM组件面临的共同挑战，相关标准的缺失仍是规模化应用的障碍：
案例研究在结论中指出：“缺乏支持AM应用及验证其效能的规范标准，使得新型冲击限制器设计需要更多验证依据——可能超越单一组件测试和复合设计的数值模拟，亟需实际坠落测试数据。因此，尽管本研究展现了AM的潜力，未来发展仍需聚焦AM组件标准体系建设，这要求以测试数据为基础。”
（AM工艺制造的1:12比例冲击限制器模型：36块PLA塑料模块（红/蓝/金色）与不锈钢覆层（绿色），前景展示螺旋二十四面体填充结构（粉色））
但另一方面，由于该研发项目与能源部目标直接相关，认证流程反而可能加速。正如瓦内萨·利斯特克在论述3D打印助力阿尔忒弥斯二号发射的文章所言，当公私资金共同支持AM技术解决长期复杂技术难题时，其应用可行性往往最高。
核能可被视为永不脱离轨道的太空计划。这类典型技术领域从诞生之初就离不开政府深度参与，而这正是公共资金推动认证加速计划的最佳场景。
考虑到SNF回收的固有价值——既可作为未来燃料来源，又能用于医疗等日益增长的应用领域——政府更有动力加快进程，推动新型制造技术在SNF运输中的应用。最后，正如国防领域联邦资金加速标准化进程产生的涟漪效应惠及整个AM行业，核能领域集中拓展AM应用也将产生广泛效益。鉴于政府已在核潜艇研发投入巨额资金，将核能与AM技术目标相结合蕴藏着更大潜力。
中国3D打印网编译文章！
0 留言