ORNL y A.J. Tuck desarrollan proceso híbrido de fabricación aditiva para la nuclear
El laboratorio nacional Oak Ridge ha desarrollado una tecnología que combina impresión 3D polimérica y electroformado para producir contenedores HIP sin fugas. El proceso simplifica la producción de componentes para reactores nucleares avanzados.
Impresión 3D y deposición electrolítica para componentes críticos
Los investigadores de ORNL han desarrollado un proceso híbrido que integra la impresión 3D de polímeros con el electroformado para crear contenedores metálicos complejos destinados al prensado isostático en caliente.
El Departamento de Energía de los Estados Unidos, a través del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación aditiva híbrida en colaboración con A.J. Tuck Company. La tecnología está diseñada específicamente para componentes de reactores nucleares y otras aplicaciones energéticas.
El proceso se articula en fases secuenciales precisas. Primero se imprime en 3D un mandril polimérico que sirve como forma. Luego se sumerge en un baño electrolítico donde se deposita una capa de níquel denso con un espesor de 2-3 milímetros.
Fases del proceso híbrido
- Impresión 3D: Creación del mandril polimérico con la geometría deseada.
- Electroformado: Deposición de níquel metálico para formar la carcasa exterior.
- Disolución: Eliminación del polímero mediante ácido.
- Relleno e HIP: La estructura hueca se rellena con polvo metálico, se sella y se procesa.
Ventajas respecto a los métodos tradicionales
El nuevo enfoque reduce los costos de materiales y simplifica el post-procesamiento en comparación con la impresión 3D metálica directa, manteniendo alta precisión y ausencia de fugas.
La tecnología simplifica el método tradicional de metalurgia de polvos con prensado isostático en caliente (PM-HIP). Ofrece mayor flexibilidad de diseño en comparación con los procesos convencionales.
Las ventajas económicas son significativas. El proceso reduce los costos de materiales y las necesidades de post-procesamiento típicamente asociadas con la impresión 3D metálica directa. Esto lo hace más accesible para componentes de gran tamaño.
- Reducción de los costos de materiales en comparación con la impresión metálica directa
- Menores requisitos de postprocesamiento
- Mayor flexibilidad de diseño para geometrías complejas
- Producción de contenedores HIP completamente sin fugas
- Reducción de las criticidades en la cadena de suministro
Resultados de la primera fase y perspectivas
El equipo ya ha producido cinco contenedores HIP cilíndricos sin fugas, demostrando la viabilidad del proceso para aplicaciones nucleares avanzadas.
En la primera fase del proyecto, los investigadores utilizaron la electroformación para producir cinco contenedores HIP cilíndricos sin fugas. Las dimensiones eran de 6 pulgadas de altura y 4 pulgadas de diámetro.
“Este proyecto demuestra que la electroformación puede producir con éxito contenedores HIP sin fugas para aplicaciones nucleares avanzadas”, declaró Vanshika Singh, científico asociado de investigación en ORNL. El enfoque podría facilitar la producción de estos componentes en los Estados Unidos.
El equipo también ha desarrollado un diseño integrado de las puertas que elimina la soldadura separada de los tubos de proceso. Esto resulta en un enfoque más robusto y simplificado.
Aplicaciones futuras en el sector energético
La segunda fase del proyecto aplicará el proceso a geometrías más complejas como impulsores y válvulas para sistemas nucleares avanzados.
La tecnología se presta a diversas aplicaciones energéticas que requieren componentes metálicos grandes y de alta precisión. Entre estas se incluyen recipientes a presión para reactores, válvulas y sistemas de turbinas.
La segunda fase está ahora en curso. El equipo aplicará el proceso a geometrías más complejas como un impulsor o una válvula relevantes para los sistemas energéticos nucleares.
El proceso podría reducir los desafíos de la cadena de suministro para los sistemas energéticos nucleares avanzados, facilitando la producción nacional de componentes críticos en los Estados Unidos.
La colaboración entre ORNL y A.J. Tuck Company representa un ejemplo de cómo la manufactura aditiva híbrida puede resolver problemas complejos en el sector nuclear. La integración de tecnologías diferentes abre nuevas posibilidades para componentes que requieren tanto precisión geométrica como integridad estructural absoluta.
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Preguntas y respuestas
¿En qué consiste el proceso híbrido desarrollado por ORNL?
El proceso combina la impresión 3D de un mandril polimérico con la electroformación para depositar una carcasa de níquel. Posteriormente, el polímero se disuelve y la estructura se rellena para el prensado isostático en caliente.
¿Cuáles son las principales ventajas económicas de esta tecnología?
Esta metodología reduce significativamente los costes de materiales en comparación con la impresión 3D metálica directa. Además, disminuye la necesidad de postprocesamiento, haciendo la producción más accesible para componentes de gran tamaño.
¿A qué aplicación específica está destinada esta innovación?
La tecnología está diseñada específicamente para producir recipientes estancos destinados al prensado isostático en caliente (HIP) en el sector nuclear. Se utiliza para crear componentes críticos para reactores avanzados.
¿Qué metal se deposita durante la fase de electroformación?
Durante el proceso, el mandril impreso en 3D se sumerge en un baño electrolítico donde se deposita una carcasa densa de níquel. El espesor de esta capa metálica oscila entre 2 y 3 milímetros.
¿Qué resultados ha obtenido el equipo en la primera fase del proyecto?
El equipo ya ha producido con éxito cinco recipientes HIP cilíndricos completamente estancos. Estos resultados demuestran la viabilidad técnica del proceso para aplicaciones en el sector energético.
