US-amerikanische Labore Oak Ridge und Idaho demonstrieren Druckbehälter aus 3D-Druck mit Lichtbogen

de.wedoany.com-Bericht: Am 21. August starteten das Oak Ridge National Laboratory und das Idaho National Laboratory des US-Energieministeriums eine gemeinsame Forschung an kritischen Komponenten für die Kernenergie und präsentierten einen Druckbehälter, der mit der Wire-Arc-Additive-Manufacturing-Technologie hergestellt wurde. Beide Seiten werden Metall-3D-Druck, KI-gestützte Überwachung und Bewertungstechnologien für Kernmaterialien kombinieren, um Herstellungs- und Schnellzertifizierungsmethoden für große Druckbehälter zu untersuchen.

Dieser Druckbehälter wurde im Juli in der Fertigungsdemonstrationsanlage des Oak Ridge National Laboratory fertiggestellt, mit einer Höhe von etwa 5 Fuß und einer Breite von etwa 3 Fuß, was etwa 1,52 Metern bzw. 0,91 Metern entspricht. Der Herstellungsprozess verwendete eine für Kernenergieanlagen geeignete Stahllegierung und wurde über die MedUSA-Plattform für Wire-Arc-Additive-Manufacturing durchgeführt. Diese Plattform nutzt drei kollaborative Roboter, die Metall draht mittels Lichtbogen schmelzen und Schicht für Schicht abscheiden, wodurch schließlich eine geschlossene Behälterstruktur mit gewölbten Böden entsteht.

Druckbehälter für die Kernenergie werden üblicherweise aus großen Schmiedeteilen hergestellt und stellen hohe Anforderungen an Materialzähigkeit, strukturelle Integrität und Langzeitbetriebsleistung. Wire-Arc-Additive-Manufacturing verwendet Metalldraht als Rohmaterial und kann direkt große, nahezu endkonturnahe Bauteile herstellen, was einen alternativen Produktionsweg zur Verringerung der Abhängigkeit von großen Schmiedeteilen bietet. Dieser Probebau bestätigte die Fähigkeit der MedUSA-Plattform, große geschlossene Behälter aus kernenergierelevanten Stahllegierungen herzustellen. Die nächste Phase wird sich auf die Leistungsvalidierung und technische Zertifizierung der Komponenten konzentrieren.

Die beiden Labore planen, während des Druckprozesses geometrische Abmessungen, Materialzustand und Fertigungsparameter zu erfassen und die Bauteilqualität in Echtzeit mithilfe von Künstlicher Intelligenz und digitalen Engineering-Tools zu bewerten. Das Oak Ridge National Laboratory ist hauptsächlich für die additive Fertigung und die Charakterisierung der gedruckten Teile verantwortlich, während das Idaho National Laboratory Unterstützung bei den Leistungseigenschaften von Kernmaterialien, digitalem Engineering und Langzeitbetriebsbewertung bietet. Die entsprechenden Methoden können künftig auch für große metallische Druckkomponenten in der Chemie-, Öl- und Gas-, Verteidigungs- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden.