3D打印在核燃料元件领域的应用现状及前景

 

  近些年,3D打印技术已然在全球的很多领域里都流行了起来。从玩具到房子,从汽车到飞机,都常见到有运用上了3D打印技术的报道。据了解,3D打印技术在这些产品上的运用,缩短了研发周期,优化了产品结构,提升了制造效率,还降低了成本等。

 

  由于核燃料元件对材料性能要求严,制造精度要求高,小编一直以为3D打印技术短时间内在核燃料元件制造领域得到有效应用的可能性不大。但在近期,由中国核能行业协会信息化专业委员会主办,在四川宜宾中核建中核燃料元件有限公司召开的3D打印技术在核能行业应用技术交流会上,众多3D打印技术的专家、知名厂商以及在核能行业开展3D打印研究的同行们进行交流、探讨,使小编进一步接触和了解到了3D打印技术目前的发展状况,觉得3D打印技术在核燃料元件的制造领域的应用也存在无限的可能。

 

  首先,3D打印技术可以应用到去除余量大、材料消耗多零部件上。例如,某型上管座零部件采用常规机械加工方式时,耗用材料约33千克,但采用3D打印技术时,仅需6.51千克的材料即可,可节省材料高达80%。

 

  其次,3D打印技术可以应用到尺寸要素多、结构复杂的零部件上。例如,防异物板一类零件采用常规加工方式时,最快也需要2~3小时的加工时间,但是按目前5kg/h的3D打印效率计算,该零件理论加工用时仅需10分钟左右,可大大地提升加工效率。

 

  同时,3D打印技术的运用可以优化很多零部件的结构,减少组装和焊接量。核燃料元件中有多种零部件,因为结构复杂,常规的加工方式难以实现,故而不得不将该类零部件拆开成多种零件,分开加工成形后,再通过组对焊接的方式将其连接成一体的部件,但使用3D打印技术,便可轻松地实现这些零部件的一体成形,还可减少焊接工作量和焊接变形。

 

  而且,由于3D打印技术和焊接的原理类似,所以可以将3D打印技术用于某些零部件的局部加工或局部修复上。某些零部件采用常规方式加工时难以实现,采用3D打印技术成形又有不经济等情况,便可考虑先将该零件的主体部分用常规加工的方式加工,再以成形的主体为基体,直接在其上用3D打印技术加工出该零件的局部。又如,由于核燃料元件的制造要求高,制造过程中可能会遇到某些零部件仅因为某个局部尺寸的超差,而面临着不得不报废的局面,但是如果将该零件局部超差的位置去除后,再采用3D打印技术直接对该位置进行局部修复,便可挽救原本需要面临报废的零部件。

 

  当然,现阶段的3D打印技术还不够完善,存在3D打印后的零部件表面粗糙,热处理后的变形较大等情况。这些不足,我们也可以通过控制制造过程中的参数,以及成形后进行后期修复等方式,来提高3D打印产品的质量。例如,可以考虑3D打印成形后,对其外观进行打磨、喷砂等方式,来改善表面质量;可以考虑通过在3D打印成形过程中进行逆向变形控制,以及成形后的局部精加工的方式,来减小热处理后的变形量。

 

  目前,3D打印技术已在全球多个领域里如火如荼地发展。通过以上分析可以看出,3D对于核燃料元件制造领域的应用具有较高的适用性,尽早地开展相关的实验,便可探索出其在核燃料元件领域应用的更多可能。

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