AM易道聲明：

2024年12月27日-29日，第七屆中國（成都）國際3D打印大會在成都航空產業園圓滿落下帷幕。

本次大會以"增材制造驅動制造業創新、3D打印走進產業園"為主題，采用"1+6+N"的創新模式，匯聚了多位院士及數百位專家學者，在為期三天的會議中，為增材制造產業發展貢獻了眾多真知灼見。

本文內容整理自第七屆中國（成都）國際3D打印大會能源動力論壇的公開報告，AM易道作為大會合作媒體進行報道分享來自該論壇上中國物理研究院機械制造工藝研究所研究員/增材制造專家關于《增材制造技術賦能微型核反應堆研發》的精彩報告內容。

聲明：本文所有信息均源自對已公開、已直播的會議報告內容的整理，僅供學習交流使用。如仍涉及任何未審核及未授權信息，請及時私信公眾號聯系刪除。

AM易道導語：

在全球能源轉型的大背景下，核能作為一種清潔、高效、可靠的基礎能源，正在經歷一場革命性的變革。

隨著小型模塊化反應堆（SMR）和微型反應堆技術的興起，傳統的核能發展模式正面臨新的機遇與挑戰。

在這個關鍵時刻，增材制造技術的創新應用，正在為核能產業帶來前所未有的突破。

核能發展的新篇章：從大型核電站到微型反應堆

當前，核能在全球能源供應中扮演著舉足輕重的角色，占據全球總發電量的10%。在中國，雖然核電占比僅為5%，但發展勢頭強勁。

截至目前，中國大陸正在運行的核電機組達到48臺，在建和獲準建設的核電機組總數達到102臺，超過美國的94臺，躍居世界核能第一大國，展現出核能在中國能源體系中的重要地位。

然而，核能產業正在經歷深刻的轉型。

傳統的大型核電站，動輒投資數百億元，建設周期長達60個月，這種發展模式已經難以適應新時代的需求。市場呼喚著更加靈活、更具適應性的解決方案，這就是微型反應堆技術應運而生的背景。

微型反應堆的挑戰與機遇

微型反應堆相比傳統核電站體積更小、部署更靈活，被業內形象地稱為"核電寶"。

這種新型反應堆不僅可以為偏遠地區供能，還可以支持分布式電網的建設。

更重要的是，它的應用場景極其廣泛，從陸地延伸到海洋，甚至可能服務于太空探索。

但是，微型反應堆的發展面臨著諸多挑戰：

• 安全性： 作為帶 有放射性的能源設施，安全性始終是首要考慮因素

• 體積與重量：要實現真正的"微型化"，需要突破傳統壓力容器動輒數百噸的限制

• 制造周期：傳統核電站5年的建設周期難以滿足市場需求，需縮短

• 經濟性：需要在保證安全的前提下實現可接受的成本

增材制造技術：微型反應堆發展的關鍵突破口

在深入分析各種技術路線后，研究團隊發現增材制造技術可能是解決微型反應堆諸多難點的突破口。

這項技術不僅能夠釋放設計自由度，實現堆芯性能和堆本體結構的深度融合，更重要的是可以在保持甚至提升強度和剛度的同時，實現體積小型化和重量輕量化。

增材制造技術在核能領域的應用，不僅易于復制和轉移，更能顯著加速研發迭代速度，大幅縮短制造周期。

GAMR：一個革命性的微型反應堆概念

研究團隊提出的GAMR（廣泛采用增材技術的微型反應堆）概念，展現了增材制造技術在核能領域的創新應用。

這個概念的核心特點包括：

先進的冷卻系統設計

GAMR選擇了氦氣作為冷卻劑，這是基于氦氣優異的導熱性能、與材料的良好相容性以及不會被放射性活化等特點。

這種選擇為反應堆的安全性和效率提供了重要保障。

創新的燃料設計

GAMR采用了被業內稱為"小湯圓"的TRISO燃料。

這種特殊的三層包覆燃料由內而外依次是疏松碳介質、致密碳介質和碳化硅層，能夠在1600度的高溫下保持穩定，具有極佳的放射性包容性能。

數字設計與智能優化

團隊開發了基于數字建模、優化驅動和智能加速的核能增材制造數字技術。

這套系統能夠自動生成優化的組件結構，實現中子學特性、熱工性能和燃料力學等多個維度的綜合優化。

材料工藝創新

在材料研發方面，團隊已經突破了鎳基合金625的增材制造工藝，實現了近乎無缺陷、高性能的核級部件制造。

特別值得注意的是，這種材料不含鈷元素，避免了放射性活化的風險。

實際應用效果：從概念到現實的跨越

換熱器的革命性突破

在GAMR項目中，增材制造技術的應用效果最為顯著的是換熱器的創新。

通過3D打印技術，研究團隊實現了一個令人矚目的突破：將原本25公斤的換熱器重量降至2.2公斤，實現了90%以上的減重。

AM易道認為，這不僅僅是簡單的數據改進，更代表著核能設備制造領域的一次制造范式轉變。

考慮到核級設備動輒百萬元的成本，這種突破將為整個行業帶來顯著的經濟效益。

燃料制造的精確控制

在TRISO燃料的制造過程中，增材技術展現出獨特優勢。從碳化硅粉末的精確控制，到復雜異形的生坯打印，再到烘干、化學氣相沉積，直至最終的模型檢驗，團隊建立了一套完整的質量控制體系。

每個燃料顆粒都經過精密成像和致密度檢查，確保達到核能級別的嚴格標準。

產業變革與未來展望

新型制造模式的確立

研究團隊實現了大型壓水堆鍛件標準的增材制造。雖然在滿足國際標準的力學性能方面仍需進一步優化，但這一突破已經展示了增材制造在核能領域的巨大潛力。

特別是在硼鋼等難加工材料的制造方面，3D打印技術提供了一個可靠的解決方案，大幅降低了生產失敗率。

全流程質量控制體系

為確保核級制品的可靠性，團隊開發了增材制造全過程的實時監測和質量控制。

這套系統的建立，標志著核能增材制造已經具備了工業化應用的基礎條件。

結語：核能產業的未來必有增材？

微型反應堆的發展代表著核能產業的未來方向，而增材制造技術則是實現這一愿景的關鍵使能技術。

通過GAMR項目的實踐，增材制造技術不僅帶來了制造方式的革新，更重要的是推動了整個行業設計思維的轉變。

AM易道試圖總結鄧堅老師的分享，增材制造技術在核能領域的創新應用，為行業帶來了三個層面的重要價值：

• 它極大地提升了核能設備的性能指標，實現了前所未有的小型化和輕量化；

• 它顯著降低了制造成本和周期，提高了核能產業的經濟性；

• 它開創了一種全新的研發范式，為核能技術的持續創新提供了廣闊空間。

隨著技術的不斷成熟和應用的深入推進，增材制造必將在核能產業的轉型升級中發揮越來越重要的作用，推動整個行業走向更加智能、高效、安全的發展新階段。

這不僅是對核能技術的重大突破，更是對人類清潔能源未來的重要貢獻。

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Reference:
1.第七屆中國（成都）3D打印大會能源動力論壇-增材制造賦能微型反應堆研發-鄧堅
2.https://mp.weixin.qq.com/s/4mSrOeOMojxA9qsdtTafIg
3.https://mp.weixin.qq.com/s/GIpr0za4Dmd-NbWmnykVZA

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