ORNL und A.J. Tuck entwickeln hybriden Prozess der additiven Fertigung für die Nukleartechnik
Das Oak Ridge National Laboratory hat eine Technologie entwickelt, die 3D-Druck von Polymeren und Galvanoformung kombiniert, um leckagefreie HIP-Behälter herzustellen. Das Verfahren vereinfacht die Herstellung von Komponenten für fortschrittliche Kernreaktoren.
3D-Druck und elektrolytische Abscheidung für kritische Komponenten
Die Forscher des ORNL haben einen hybriden Prozess entwickelt, der den 3D-Druck von Polymeren mit der Galvanoformung integriert, um komplexe Metallbehälter für die heißisostatische Pressung herzustellen.
Das US-Energieministerium hat über das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Zusammenarbeit mit der A.J. Tuck Company einen neuen hybriden additiven Fertigungsprozess entwickelt. Die Technologie ist speziell für Komponenten von Kernreaktoren und andere Energieanwendungen konzipiert.
Der Prozess gliedert sich in präzise aufeinanderfolgende Schritte. Zuerst wird ein polymerer Dorn in 3D gedruckt, der als Form dient. Dieser wird dann in ein elektrolytisches Bad getaucht, wo sich eine dichte Nickelschale mit einer Dicke von 2-3 Millimetern ablagert.
Phasen des hybriden Prozesses
- 3D-Druck: Erstellung des polymeren Dorns mit der gewünschten Geometrie.
- Galvanoplastik: Abscheidung von metallischem Nickel zur Bildung der Außenschale.
- Auflösung: Entfernung des Polymers mittels Säure.
- Befüllung und HIP: Die hohle Struktur wird mit Metallpulver gefüllt, versiegelt und verarbeitet.
Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden
Der neue Ansatz reduziert die Materialkosten und vereinfacht die Nachbearbeitung im Vergleich zum direkten Metall-3D-Druck, während hohe Präzision und Dichtheit erhalten bleiben.
Die Technologie vereinfacht das traditionelle Verfahren der Pulvermetallurgie mit heißisostatischem Pressen (PM-HIP). Sie bietet eine größere Designflexibilität im Vergleich zu konventionellen Prozessen.
Die wirtschaftlichen Vorteile sind erheblich. Das Verfahren reduziert die Materialkosten und den typischerweise mit dem direkten Metall-3D-Druck verbundenen Nachbearbeitungsaufwand. Dies macht es für große Bauteile zugänglicher.
- Riduzione dei costi dei materiali rispetto alla stampa metallica diretta
- Minori requisiti di post-processing
- Maggiore flessibilità progettuale per geometrie complesse
- Produzione di contenitori HIP completamente privi di perdite
- Riduzione delle criticità nella catena di fornitura
Risultati della prima fase e prospettive
Il team ha già prodotto cinque contenitori HIP cilindrici privi di perdite, dimostrando la fattibilità del processo per applicazioni nucleari avanzate.
Nella prima fase del progetto, i ricercatori hanno utilizzato l’elettroformatura per produrre cinque contenitori HIP cilindrici senza perdite. Le dimensioni erano di 6 pollici di altezza e 4 pollici di diametro.
“Questo progetto dimostra che l’elettroformatura può produrre con successo contenitori HIP privi di perdite per applicazioni nucleari avanzate”, ha dichiarato Vanshika Singh, scienziato associato di ricerca presso ORNL. L’approccio potrebbe facilitare la produzione di questi componenti negli Stati Uniti.
Il team ha anche sviluppato un design integrato delle porte che elimina la saldatura separata dei tubi di processo. Questo risulta in un approccio più robusto e semplificato.
Zukünftige Anwendungen im Energiesektor
Die zweite Projektphase wird das Verfahren auf komplexere Geometrien wie Laufräder und Ventile für fortschrittliche Nuklearsysteme anwenden.
Die Technologie eignet sich für verschiedene Energieanwendungen, die große, hochpräzise Metallkomponenten erfordern. Dazu gehören Druckbehälter für Reaktoren, Ventile und Turbinensysteme.
Die zweite Phase läuft derzeit. Das Team wird das Verfahren auf komplexere Geometrien wie ein Laufrad oder ein Ventil anwenden, die für nukleare Energiesysteme relevant sind.
Das Verfahren könnte die Herausforderungen der Lieferkette für fortschrittliche nukleare Energiesysteme verringern, indem es die inländische Produktion kritischer Komponenten in den USA erleichtert.
Die Zusammenarbeit zwischen ORNL und der A.J. Tuck Company ist ein Beispiel dafür, wie hybride additive Fertigung komplexe Probleme im Nuklearsektor lösen kann. Die Integration verschiedener Technologien eröffnet neue Möglichkeiten für Komponenten, die sowohl geometrische Präzision als auch absolute strukturelle Integrität erfordern.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Worin besteht das von ORNL entwickelte Hybridverfahren?
Das Verfahren kombiniert den 3D-Druck eines Polymerkerns mit der Galvanoformung, um eine Nickelschale abzuscheiden. Anschließend wird das Polymer aufgelöst und die Struktur für das heiße isostatische Pressen gefüllt.
Was sind die wichtigsten wirtschaftlichen Vorteile dieser Technologie?
Diese Methodik reduziert die Materialkosten im Vergleich zum direkten metallischen 3D-Druck erheblich. Zudem verringert sie den Nachbearbeitungsbedarf und macht die Fertigung großformatiger Komponenten zugänglicher.
Für welche spezifische Anwendung ist diese Innovation vorgesehen?
Die Technologie wurde speziell zur Herstellung leakdichter Behälter für das heiße isostatische Pressen (HIP) im Nuklearsektor entwickelt. Sie dient der Erstellung kritischer Komponenten für fortschrittliche Reaktoren.
Welches Metall wird während der Galvanoformungsphase abgeschieden?
Während des Prozesses wird der 3D-gedruckte Kern in ein elektrolytisches Bad getaucht, wo sich eine dichte Nickelschale abscheidet. Die Dicke dieser Metallschicht liegt zwischen 2 und 3 Millimetern.
Welche Ergebnisse erzielte das Team in der ersten Projektphase?
Das Team hat bereits erfolgreich fünf zylindrische, vollständig leakdichte HIP-Behälter hergestellt. Diese Ergebnisse beweisen die technische Machbarkeit des Verfahrens für Anwendungen im Energiesektor.
