30% mit weniger Verunreinigungen? Das Geheimnis liegt in der direkten Produktion
Metal Powder Works und Westinghouse Electric Company gehen in die operative Phase ihres Projekts für Metallpulver für Kernenergieanwendungen. Das konkrete Ziel ist es, die Produktionskapazität in den nächsten drei Monaten zu erhöhen und die Materialien auf ein technologisches Reifegradniveau (TRL) zu bringen, das mit hochverantwortlichen Komponenten kompatibel ist.
Die Kernenergie ist das am schnellsten wachsende Segment im additiven Fertigungsbereich für die Energiebranche. Die Nachfrage wird durch den Bedarf an dringenden Ersatzteilen für bestehende Anlagen und die Beschleunigung von SMR-Projekten (Small Modular Reactor) angetrieben.
- Erhöhung des Technology Readiness Level (TRL) für Kernenergiekomponenten
- Skalierung der Produktionskapazität in drei Monaten
- Verbesserung der Endleistung von Komponenten durch additive Fertigung
DirectPowder-Prozess: So funktioniert es
Die patentierte DirectPowder-Technologie eliminiert das traditionelle Schmelzen und wandelt Metallstäbe im festen Zustand in Pulver um mit Ausbeuten von über 95%.
Der Prozess beginnt mit Metallstangen und wandelt sie ohne Schmelzvorgänge in Pulver um. Diese Eigenschaft reduziert die Kontaminationsrisiken, die bei der traditionellen Atomisierung typisch sind, bei der Metall geschmolzen und dann durch Gas oder Wasser in Partikel umgewandelt wird.
Metal Powder Works gibt eine Ausbeute von über 95% bei der Umwandlung in die gewünschte Korngröße an. Bei herkömmlichen Methoden fällt ein erheblicher Teil des erzeugten Pulvers nicht in die Spezifikationen und muss getrennt oder recycelt werden.
Die Festkörperverarbeitung erhält die Mikrostruktur des Ausgangsmaterials. Phänomene wie unerwünschte Entmischungen oder Verdampfung von Elementen mit hohem Dampfdruck, die bei Schmelze und schneller Erstarrung häufig auftreten, werden vermieden.
Der fehlende Schmelzvorgang bewahrt die mechanischen Eigenschaften des Originalmaterials, reduziert die Variabilität zwischen Chargen und verringert das Auftreten von Satellitenpartikeln.
Industrielle Skalierbarkeit: Ziele und Herausforderungen
Das Ziel des Projekts ist es, die Produktionskapazität in den nächsten Monaten zu verdreifachen und dabei die strengen Standards der Nuklearindustrie einzuhalten.
Westinghouse hat in den früheren Phasen der Zusammenarbeit positive Ergebnisse erzielt. Die beiden Unternehmen konzentrieren sich nun auf die Steigerung der Produktionskapazität mit einem Dreimonatsvertrag zur Erhöhung der Kapazität von Metal Powder Works.
John Barnes, Geschäftsführer von MPW, erklärte: “Dieser Vertrag unterstreicht die soliden Leistungen unseres DirectPowder-Prozesses. Das anhaltende Vertrauen von Westinghouse zeigt, dass unser Pulver wie erwartet funktioniert und ihre strengen Anforderungen erfüllen kann, wobei die Fähigkeiten traditioneller Atomisierungsmethoden übertroffen werden.”
In der Nukleartechnik geht es bei der Qualifizierung nicht nur darum, ein gutes Bauteil einmalig herzustellen. Es muss nachgewiesen werden, dass der Prozess das gleiche Ergebnis wiederholt, Charge für Charge, Maschine für Maschine.
Skalierungspfad
- Erstvalidierung: Bestätigung der DirectPowder-Prozessleistung bei Pilotchargen.
- Kapazitätserhöhung: Produktionsausweitung in den drei Monaten des aktuellen Vertrags.
- Endqualifikation: Erreichen des Ziel-TRL für Kernkomponenten in der Produktion.
TRL und nukleare Spezifikationen: aktueller Stand
Die Materialien erreichen dank fortschrittlicher Kontrollen von Reinheit, Morphologie und Partikelgröße hohe technologische Reifegrade.
Der Technology Readiness Level misst die Reife einer Technologie von der Grundlagenforschung (TRL 1) bis zur industriellen Produktion (TRL 9). Für die Kerntechnik bedeutet das Erreichen von TRL 6–7, den Betrieb in einer relevanten Umgebung mit wiederholbaren Tests nachzuweisen.
Metal Powder Works produziert verschiedene Speziallegierungen: hochfestes Aluminium, Kupfer, Kupfer-Nickel, technisch reines Titan, Zircaloy. Für die Kerntechnik muss jedes Material Korrosionsbeständigkeit, Stabilität unter Bestrahlung und Verträglichkeit mit Hochtemperaturumgebungen nachweisen.
Die Korngrößenverteilung, die Partikelmorphologie und die chemische Reinheit sind kritische Parameter. Ein Pulver mit schlechter Fließfähigkeit oder internen Fehlern beeinträchtigt die Qualität der Endkomponente, selbst bei korrekten Maschinen- und Prozessparametern.
| Parameter | DirectPowder | Traditionelle Zerstäubung |
|---|---|---|
| Umwandlungsausbeute | >95% | 60-80% |
| Materialschmelze | Nein (Festkörperzustand) | Sì |
| Kontaminationsrisiko | Reduziert | Standard |
| Flexibilität für kleine Losgrößen | Hoch | Begrenzt |
Fazit
Die Innovation bei der Herstellung von nukleargradigen Pulvern definiert die Grundlagen der industriellen additiven Fertigung neu. Die Zusammenarbeit zwischen Metal Powder Works und Westinghouse zeigt, dass die Qualität der Rohmaterialien genauso entscheidend ist wie die Drucktechnologie.
Der Übergang von experimentellen Chargen zur industriellen Skalierung erfordert strenge Kontrolle und Wiederholbarkeit. Der DirectPowder-Prozess bietet einen alternativen Weg zu etablierten Methoden mit spezifischen Vorteilen für Anwendungen mit hohen Anforderungen.</
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Fragen & Antworten
- Was ist das Hauptziel der Zusammenarbeit zwischen Metal Powder Works und Westinghouse?
- Das Ziel ist es, die Produktionskapazität für Metallpulver für nukleare Anwendungen in den nächsten drei Monaten zu erhöhen und die Materialien auf ein technologisches Reifegradniveau (TRL) zu bringen, das mit Bauteilen mit hohen Anforderungen kompatibel ist. Das Projekt zielt darauf ab, eine überlegene Wiederholbarkeit und industrielle Qualität im Vergleich zu traditionellen Methoden zu demonstrieren.
- Worin besteht die DirectPowder-Technologie und welchen Vorteil bietet sie gegenüber der traditionellen Atomisierung?
- DirectPowder wandelt Metallstangen im festen Zustand in Pulver um und eliminiert das traditionelle Schmelzen. Dieser Prozess reduziert das Kontaminationsrisiko, bewahrt die ursprüngliche Mikrostruktur durch Vermeidung von Segregationen und Elementverdampfung und gewährleistet eine Ausbeute von über 95 % im Vergleich zu 60–80 % bei der konventionellen Atomisierung.
- Warum erfordert die Herstellung von nukleargradigen Pulvern so strenge Standards?
- Im Nuklearsektor reicht es nicht aus, eine gute Komponente nur einmal herzustellen; es muss vielmehr nachgewiesen werden, dass der Prozess das gleiche Ergebnis Charge für Charge wiederholen kann. Die Materialien müssen zudem korrosionsbeständig sein, unter Bestrahlung Stabilität behalten und in Hochtemperaturumgebungen kompatibel sein, mit strenger Kontrolle von Reinheit, Morphologie und Partikelgröße.
- Welche Materialien stellt Metal Powder Works her und welche Parameter sind für nukleare Anwendungen kritisch?
- Das Unternehmen produziert Speziallegierungen wie hochfestes Aluminium, Kupfer, Kupfer-Nickel, kommerziell reines Titan und Zircaloy. Für den Nuklearbereich sind die Korngrößenverteilung, die Partikelmorphologie und die chemische Reinheit kritisch, da Pulver mit schlechter Fließfähigkeit oder internen Defekten die Qualität der Endkomponente beeinträchtigen können, selbst bei korrekten Maschinen und Parametern.
- Was bedeutet es, einen Technology Readiness Level (TRL) 6-7 für den Nuklearsektor zu erreichen?
- Das Erreichen des TRL 6-7 bedeutet, den Betrieb der Technologie in einer relevanten Umgebung mit wiederholbaren Beweisen zu demonstrieren und die für hochverantwortliche Komponenten erforderliche Reife zu validieren. Dieser Level stellt den Übergang von experimentellen Chargen zu einer kontrollierten und qualifizierten industriellen Produktion dar.
