Progresele care permit imprimarea 3D a metalelor și compozitelor de ultimă generație au adus deja progrese tehnologice în sfera aerospațială și medicală. De asemenea, fabricarea aditivă este văzută ca fiind o tehnologie cheie pentru producerea următoarei generații de reactoare nucleare sigure și de mici dimensiuni.
Cel mai recent exemplu vine de la compania Ultra Safe Nuclear Corp. din Seattle, care a licențiat o nouă tehnologie de imprimare 3D în cadrul Laboratorului Național Oak Ridge. Metoda va permite producerea componentelor reactoarelor nucleare nu cu metale, ci cu ceramici tehnice, care sunt mult mai rezistente la radiații și temperaturi extreme. Acest lucru va permite accelerarea dezvoltării următoarei generații de reactoare sigure și accesibile.
USNC produce reactoare micromodulare, despre care reprezentanții companiei au declarat că ar trebui să coste zeci de milioane de dolari, spre deosebire de miliardele necesare pentru construirea reactoarelor mari din prezent. De asemenea, aceștia au afirmat faptul că speră să construiască primul astfel de reactor până în anul 2026. Oficialii companiei, care dezvoltă și reactoare compacte pentru rachete cu propulsie nucleară, au declarat faptul că designul se bazează pe un combustibil robust, format din particule microscopice de combustibil de uraniu acoperite cu ceramică. Aceste particule sunt închise într-o matrice de carbură de siliciu.
Tehnica de imprimare 3D din cadrul Laboratorului Oak Ridge combină imprimarea cu jet de liant cu un proces special de producție a ceramicii.
Carbura de siliciu este deja folosită în blindajele tancurilor, în electronice de specialitate și în aplicații aerospațiale. Totuși, realizarea formelor complicate ale componentelor reactorului cu o astfel de ceramică este extrem de dificilă folosind metode convenționale, precum prelucrarea sau turnarea.
„Folosirea acestei tehnologii nu numai că va permite o producție mai rapidă și mai economică a componentelor reactorului, ci ar trebui să permită și proiectarea de noi geometrii complexe pentru anumite părți, care, anterior, erau imposibil de realizat. Propunerea USNC este rezumată în două puncte: proiectarea sistemelor de energie nucleară în mod inerent sigure și foarte avansate, care sunt alimentate cu materiale foarte sigure și rezistente la temperaturi ridicate. Tehnologia de imprimare 3D recent licențiată va deveni o parte cheie a procesului de producție al USNC. Aceasta va fi folosită pentru a produce carcasele din carbură de siliciu pentru combustibilul nuclear și componente structurale pentru reactoarele respective. Sistemele avansate de reactoare pe bază de ceramică ar trebui să fie mai sigure decât cele tradiționale, care folosesc, în principal, componente metalice. Deși imprimarea 3D cu carbură de siliciu este o tehnologie nouă, care oferă noi posibilități, aceasta va necesita o verificare amănunțită pentru a ne asigura că materialele rezultate și performanța lor îndeplinesc cerințele stricte de licențiere nucleară și de reglementare”, a declarat Kurt Terrani, vicepreședinte executiv al diviziei Core a USNC. Din fericire, în ultimii ani, cercetătorii din cadrul laboratorului Oak Ridge au testat intens aceste noi materiale imprimate 3D atât în exteriorul, cât și în interiorul reactoarelor nucleare.
Într-adevăr, imprimarea 3D nu este o tehnologie nouă în industria nucleară. În anul 2017, Siemens a devenit prima companie care a instalat o piesă imprimată 3D într-o centrală nucleară: o mică piesă metalică pentru o pompă de apă de protecție împotriva incendiilor, utilizată la o uzină din Slovenia.
Totuși, cercetătorii din cadrul laboratorului doresc să împingă limitele tehnologiei prin construirea unui miez de reactor nuclear imprimat 3D în întregime. Unitatea demonstrativă a acestui Reactor Transformation Challenge este programată să fie operațională până în anul 2024.
USNC intenționează să valorifice expertiza Laboratorului Oak Ridge în ceea ce privește imprimare 3D prin construirea unei noi instalații pilot de fabricare a combustibilului în apropierea campusului laboratorului, situat în estul statului Tennessee. Parteneriatul ar putea fi un impuls semnificativ pentru imprimarea 3D în domeniul energiei nucleare.
