走向商业化！USNC采

国际上USNC通过粘结剂喷射3D打印技术制造核能领域的包覆燃料的基体和(或)包覆层的燃料元件。USNC的商用放射性同位素加热器可以集成到着陆器和漫游车等太空探索设备中，使它们能够在传统热源失效的寒冷条件下生存。此功能对于防止设备和组件在 14 天的阴历夜、月球永久阴影区域以及太阳能和化学电源效率低下或无法使用的其他地方冻结至关重要。

粘结剂喷射技术用于3D打印陶瓷材料的核反应材料存储器© USNC

成就下一代核能反应堆

根据ACAM亚琛增材制造中心，3D打印-增材制造的发展趋势朝向多维度的深化层面，面向量产应用，3D打印突破当前应用对经济性要求的限制，向应用端深度延伸走向产业化的一条发展路径是实现结构更加复杂的产品。

根据清华大学刘荣正副教授课题组在《科学通报》发表的评述文章“碳化物陶瓷材料在核反应堆领域应用现状”，新一代核能系统要求所用的材料具备更好的力学性能、热物理性能、抗辐照性能、耐蚀和抗热震性等，碳化物陶瓷材料是重点研究对象。

讨论了七种3D打印技术制造致密、结构先进的陶瓷部件，并揭示了七种技术中的一种技术：粘结剂喷射3D打印在陶瓷方面的应用现状与前景。这一技术正在获得商业化突破，其落脚点之一正是发挥了陶瓷耐高温特性的核能反应堆陶瓷组件的3D打印。

科研与商业化结合的核能组件研发与产业化

总部位于西雅图的Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) 已授权使用碳化硅等耐火材料为核反应堆 3D 打印组件的新方法。该方法由橡树岭国家实验室开发，将粘结剂喷射 3D 打印技术与化学蒸汽渗透工艺相结合，能够更有效地制造反应堆组件，并且更加复杂。通过许可该方法，USNC 希望推动其开发和部署核能发电设备的使命，这种设备不仅安全、使用简单，而且具有商业竞争力。

USNC 已授权 ORNL 的新型粘结剂喷射3D打印增材制造方法生产复杂的核反应堆组件© ORNL

为了解决这个问题，ORNL 正在领导转型挑战反应堆 (TCR)，并得到美国能源部 (DoE) 计划的支持，以探索在美国更快、更便宜的核能分配，以降低制造成本和交货时间并改进安全。作为该计划的一部分，ORNL 正在使用直接能量沉积 (DED) 3D 打印等技术建造核反应堆堆芯。2020 年，普渡大学在收到美国能源部 80万美元的资助后，成为 TCR 计划的主要贡献者。因此，普渡大学正在开发一种人工智能 (AI) 模型，以确保反应堆堆芯 3D 打印组件的核级质量。

燃烧组件支架© ORNL/DoE

理想照进现实的粘结剂喷射3D打印复杂陶瓷结构

由于3D打印技术可以成就复杂的产品形状并制造更加特殊的材料，研究和开发不同类型3D打印技术在核能领域的应用对中国核能的发展将变得越发重要。

粘结剂喷射技术的3D打印过程是通过喷射液体粘结剂将粉末选择性地粘合在薄层中，一层一层的重复粘合过程。分辨率受粉末尺寸或粘结剂液滴尺寸的限制，具体取决于哪个较大。通过使用小于 50 μm 的喷嘴孔口，可以实现粘结剂喷射技术的出色尺寸精度。粘结剂流变学和喷嘴几何形状在控制液滴大小方面起着重要作用。