アメリカは、核エネルギー拡大計画に影響を与える可能性のある製造のボトルネックを解決するために、大規模な金属3Dプリント技術に移行しています。オークリッジ国立研究所とアイダホ国立研究所は、産業用圧力容器に使用される線弧積層製造技術を共同開発しています。これらの巨大な部品は、極端な圧力、熱、厳しい操作条件に耐える必要があります。国内の鍛造能力が制限される中、この技術はアメリカの製造業者に別の選択肢を提供する可能性があります。この国が新しい核エネルギー計画を推進する中で、この不足は供給の課題を引き起こす可能性があります。
アメリカの核エネルギー拡大計画は製造の課題に直面
最近、オークリッジ国立研究所はこの技術を展示し、約3フィート×5フィートの核関連圧力容器を成功裏にプリントしました。チームは、3つのロボットアームを調整する製造プラットフォームであるMedUSAを使用しました。このシステムは、電弧を用いて鋼線を溶融させることで複雑な金属構造を構築します。研究者たちは、核応用に関連する鋼合金を使用して大型の密閉容器を成功裏に生産しました。このデモは、従来の鍛造によって製造される部品において積層製造技術を使用する初期のステップを示しています。
圧力容器はエネルギー業界において重要な役割を果たしています。これらは厳しい条件下で構造的完全性を維持する必要があるため、製造品質が特に重要です。オークリッジ国立研究所とアイダホ国立研究所は、現在このプロセスが厳しい核要件を満たす部品を生産できるかどうかを確認しようとしています。プリントされた容器は問題の一部を解決したに過ぎません。エンジニアは、各部品が極端な環境で数年間機能する能力を検証する必要があります。
この挑戦は新しい協力の中心です。これらの研究所は、大規模な積層製造をデジタルエンジニアリングとリアルタイムモニタリングと組み合わせる計画です。研究者たちは、部品成形の過程でその形状と材料特性を追跡することを望んでいます。長期的な目標は、オークリッジ国立研究所が「生まれつき適合」圧力容器と呼ぶものを作成することです。エンジニアは、製造過程で収集されたデータを利用して、部品が性能要件を満たしているかどうかを評価できます。このアプローチは、製造終了後の長いテストへの依存を減らすことができます。
積層製造技術が核エネルギープロジェクトの発展を促進
アイダホ国立研究所は、核材料、デジタルエンジニアリング、データサイエンスに関する専門知識を提供します。アイダホ国立研究所の先進製造チームの責任者であるJorgen Rufnerは、研究者たちが製造過程で部品の性能を評価することを望んでいると述べています。これにより、適合時間を短縮し、核ハードウェアの展開を加速することができます。オークリッジ国立研究所は、別の核プロジェクトで類似のデジタル製造方法をテストしており、研究者たちはMedUSAと同じ材料システムを利用してAntares NuclearのR1 Mark-0マイクロリアクターの中性子センサーサポートを生産しました。このマイクロリアクターは6月にアイダホ国立研究所で臨界点に達しました。
現在の焦点は依然として核エネルギーにあり、新しいリアクター設計にはより強力な国内製造基盤が必要です。オークリッジ国立研究所は強力な積層製造能力を持ち、アイダホ国立研究所は数十年にわたる核技術の開発とテストの経験を持っています。これらの2つの研究所は、アメリカが大型で高い完全性を持つ金属部品を生産する選択肢を拡大することを望んでいます。この技術は最終的に、航空宇宙、防衛、化学処理、石油および天然ガス産業を支援する可能性があり、これらの産業は厳しい環境に設計された構造に依存しています。研究者たちが圧力容器を信頼性高くプリントし、適合させることができれば、製造業者は限られた鍛造能力を回避する別の手段を得ることができ、アメリカが核エネルギーの野望を拡大する中で、先進的なリアクター設計を実用的なハードウェアに変換するプロセスを加速するのに役立ちます。