全球最大聚合物3D打印機助力核反應堆部件加速建造

這項研究隸屬于美國能源部先進制造聯(lián)盟計劃。

美國科學家采用全球最大的3D打印機之一，開創(chuàng)了史上最快的核反應堆部件制造新方法。緬因大學先進結(jié)構(gòu)與復合材料中心的研究團隊運用這臺巨型聚合物3D打印機，設計出精密成型的混凝土模板襯墊。

這些定制襯墊是為凱洛斯能源公司制造的，這家加州企業(yè)正在設計名為"赫爾墨斯"的新一代35兆瓦核反應堆。這座低功率反應堆目前正在田納西州橡樹嶺建設中。

凱洛斯能源公司所需墻體每塊厚度達0.9米，高度超8米，且需呈現(xiàn)復雜的正弦曲線造型。面對緊迫工期和毫米級精度的設計要求，在能源部橡樹嶺國家實驗室推薦下，凱洛斯能源公司聯(lián)系了先進結(jié)構(gòu)與復合材料中心。企業(yè)要求該中心研究人員打印有史以來最長的模板，用于澆筑反應堆巨型混凝土輻射屏蔽墻。這些模板經(jīng)過精密機械加工，確保達到嚴格公差。

該中心擁有全球最大的聚合物3D打印機，每小時可打印數(shù)百磅材料。團隊設計并打印出與鋼架匹配的專用正弦曲線混凝土模板襯墊。新建的掃描與計量團隊逐點核對數(shù)字模型的曲線角度，確保精確度與質(zhì)量。中心首席可持續(xù)材料官蘇珊·麥凱強調(diào)："這項工作不容任何誤差。"

最終形成的混合鑄造系統(tǒng)成功降低成本、加快生產(chǎn)，助力凱洛斯能源公司高風險項目按計劃推進。"我們以學術中心身份，按時交付了巨型高精度組件，這令人驚嘆，"麥凱表示，"合作證明緬因大學完全能以工業(yè)級速度運作。"

緬因大學稱此項工作隸屬于"彈性技術特種材料與制造聯(lián)盟"。該合作通過利用本地材料及大學與橡樹嶺國家實驗室的先進生產(chǎn)能力，應對行業(yè)挑戰(zhàn)并降低制造成本。能源部制造示范設施主任瑞安·德霍夫認為，緬因大學展示了高校與國家實驗室如何協(xié)作強化美國制造業(yè)。

除實體打印外，緬因大學研究人員正通過"材料工藝特性倉庫"建立數(shù)字保障體系。該系統(tǒng)運用人工智能與機器學習，記錄追蹤大規(guī)模增材與收斂制造的每個環(huán)節(jié)。通過創(chuàng)建數(shù)字線程，該系統(tǒng)實現(xiàn)部件"生而認證"，這一突破性成果為核能與國防等領域降低成本和監(jiān)管風險。

執(zhí)行主任哈比卜·達格爾指出，這個擁有27年歷史的研究中心在15萬平方英尺實驗室內(nèi)配備400名人員，長期保持滿足私營企業(yè)嚴苛工期要求的記錄。他在新聞稿中總結(jié)道："對學術機構(gòu)而言這是非凡的成就水平，在美國尋求能源基礎設施現(xiàn)代化進程中，這將成為關鍵優(yōu)勢。"

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