3D打印在核工业领域有哪些应用？

| 3DScienceValley · 2016/01/13

“ 核工业与航空航天工业都需要高质量、高强度的零部件。在航空航天业，3D打印技术已经被证明从防燃的塑料件打印，到飞机隔离舱的金属结构件打印，再到喷油嘴这样的功能部件的打印是可靠、而且可行的。

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打印技术用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、热电池和遥控器等项目，不仅带电而且还是动态的。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，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

核燃料元件制造是集设计与加工于一体的高端精密制造，结构复杂，需多种工序交叉作业加工才能完成。2016年伊始，西安铂力特传来好消息，其自主研发的SLM系列设备BLT-S300为中核北方核燃料元件有限公司（二〇二厂）3D打印CAP1400自主化燃料原型组件下管座。

图片来源二〇二厂，由铂力特BLT-S300打印

BLT-S300采用选择性激光熔化（SLM）技术，通过逐层熔化金属粉末的制造方式，完成传统机械加工无法制造的复杂金属结构零件，制备的成形产品拥有致密性好、尺寸精度高的特点。同时金属3D打印快速制造的技术特点，能够缩减产品开发周期，降低设计与制造成本，快速、高性能的实现核燃料元件开发与制备。

图片来源铂力特

目前BLT-S300在验收调试阶段，蓄势而发，在制备产品性能经过验收合格后，BLT-S300将为二〇二厂3D打印各种复杂零件建造提供重要的装备支持。

电弧焊增材制造-英国核电站自动化增材制造单元

与现在所熟悉的三维打印机一样，大型的增材制造单元可以制造高完整性部件，并将使金属通过增材制造的方法获得锻件的性能。

英国的核电站增材制造自动化单元由库卡承建，耗资1万欧元，占地10米x5米的增材制造单元由通过安装在一个三轴九米龙门的六轴机器人组成，在直径3.5米的转盘上装载着二轴机械手。机器人通过进行“TOPTIG”电弧焊的方式来完成增材制造，系统中集成了金属线送入焊枪，是由法国液化空气集团专门为机器人焊接应用开发的。

机器人按照计算机辅助设计模型的路径来焊接材料以创建三维几何形状。从而创造近净形零件，用于制造大型泵和阀的壳体或压力容器，有效降低初始成本和避免昂贵的锻件或铸件，并且有助于避免环境污染问题。

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。