Национальная лаборатория Оук-Ридж (ORNL) США продвигает производство и сертификацию компонентов для ядерной энергетики, изготовленных методом 3D-печати

Национальная лаборатория Оук-Ридж (ORNL) США совместно с отраслевыми партнёрами продвигает применение передовых производственных технологий, уделяя особое внимание тяжёлой 3D-печати, автоматизированному производству на основе искусственного интеллекта и методам цифровой квалификации, чтобы решить такие проблемы, как нестабильность промышленных цепочек поставок в США, нехватка квалифицированных рабочих и чрезмерно длительные сроки поставки крупногабаритных заказных компонентов.

На одной из передовых производственных площадок в штате Теннесси ORNL продемонстрировала два примера крупномасштабного 3D-печатного производства для ядерной энергетики. В частности, трёхрукая роботизированная система под названием MedUSA, направляя расплавленную сталь, напечатала стальной корпус ядерного реактора под давлением размером примерно 3 на 5 футов со сложной купольной геометрией. По словам исследователей, этот проект предназначен для подтверждения осуществимости производства крупногабаритных металлических компонентов для ядерной энергетики методом аддитивного производства. Традиционные корпуса реакторов под давлением обычно изготавливаются с использованием крупногабаритной ковки и сварки, однако соответствующие отечественные производственные мощности ограничены, а производственный цикл довольно длительный.

Ещё одним продемонстрированным результатом стала модель ударного ограничителя, напечатанная ORNL совместно с Университетом Мэна. Высота этой модели составляет около 12 футов, она изготовлена из высокопрочных пластиковых материалов, таких как стекловолоконный полимер, и предназначена для защиты транспортных контейнеров для отработавшего ядерного топлива во время перевозки. По сравнению с традиционными деревянными конструкциями этот проект в основном направлен на изучение потенциала применения альтернативных материалов в защитных компонентах для транспортировки ядерного топлива.

На мероприятии «День инноваций в области материалов и производства», организованном ORNL, более 350 представителей отрасли приняли участие в обсуждениях, посвящённых тому, как ускорить переход передовых производственных технологий из лаборатории на завод. Участники сошлись во мнении, что более устойчивые цепочки поставок, применение альтернативных материалов, более быстрые процессы сертификации компонентов, а также интеграция искусственного интеллекта, робототехники и цифрового инжиниринга с производством напрямую повлияют на способность обеспечивать поставки компонентов для энергетики и инфраструктуры.

Директор Демонстрационного производственного комплекса (MDF) ORNL Райан Дехофф заявил, что лаборатория намерена в полной мере учесть мнение отрасли для определения направлений исследований и обеспечить практическую ценность соответствующей работы для американских производителей, а также учесть условия цепочки поставок, необходимые для коммерциализации новых технологий.

Однако участники также отметили, что изготовление компонента — это лишь первый шаг, а ключевым узким местом остаётся получение сертификации, необходимой для практического применения. Чтобы сократить этот процесс, ORNL объявила о проведении совместных исследований с Национальной лабораторией Айдахо для продвижения унификации методов цифровой квалификации между различными объектами. Исследователи планируют использовать датчики в реальном времени в процессе производства, машинное обучение и алгоритмы отслеживания дефектов, чтобы предоставить регулирующим органам данные, необходимые для сертификации 3D-печатных компонентов для ядерной энергетики и энергетики в целом, с целью сократить срок подготовки данных для сертификации с нескольких лет до нескольких месяцев.

Как сообщается, ORNL также подписала новые соглашения о сотрудничестве с такими компаниями энергетического сектора, как SLB и Kairos Power, для содействия преобразованию результатов лабораторных исследований в инженерные инструменты, доступные производителям. Соответствующая работа показывает, что США пытаются повысить свои внутренние возможности по производству крупногабаритных компонентов для энергетики и ядерной энергетики с помощью передовых производственных технологий.