增材制造技术在核能领域的发展应用

近年来，增材制造技术在航空航天、医疗等领域已经实现了系统化的应用。核能行业由于其高安全性、高可靠性的要求以及涉及辐射安全的行业特点，对产品的设计、材料、性能、试验等方面，与常规民用行业相比，均有着特殊的要求。目前，国内外主要的核工业单位已在多个部件中开展增材制造技术尝试。

1．燃料组件的管座样品

中核北方核燃料元件有限公司完成了CAP1400型燃料组件的管座样品打印，中核建中核燃料元件有限公司成功打印出了CF3型燃料组件的下管座样品及镍基合金格架样品。

2．压力容器增材制造试件

2015年10月，中国核动力研究设计院与南方增材科技有限公司联合开展ACP100反应堆压力容器增材制造项目。2016年12月3日，举办了科研成果鉴定会，对试件进行了技术鉴定。ACP100反应堆压力容器增材制造采用了电熔增材（WAAM）方法，以金属丝材与辅料为打印材料，在电熔冶金的环境下，利用高能热源熔化原料丝材，根据成形构件的分层切片数据，采用计算机控制，实现原材料逐层快速激冷凝固堆积，最终获得金属构件。经技术鉴定，增材制造试件的产品性能可达到甚至部分优于锻件产品。

3．聚变堆包层部件

2018年3月，中科院合肥物质科学研究院以中国抗中子辐照钢（CLAM钢）为原材料，通过增材制造技术开展聚变堆包层部件的试制，并对其组织和性能进行了研究分析，探索该技术在聚变堆等先进核能系统制造上的可行性，希望以此促进先核能系统复杂构件快速研发和优化并推动其工程化应用。

4．复杂流道仪表阀阀体

2016年9月，中广核利用增材制造技术成功制造出核电站复杂流道仪表阀阀体。该样件采用激光选区熔化（SLM）技术打印。据报道，试制件采用激光选区熔化（SLM）技术打印，实现了内部流道一次成型，其化学成分和基础力学性能均满足核电标准RCC-M的要求。该样件验证了增材制造技术在复杂流道设计制造中的先进性。

5．制冷机端盖

2018年2月4日，中广核核电运营有限公司与南风股份公司联合研发的制冷机端盖在大亚湾核电站压缩空气生产系统中完成了设备安装，并成功通过了设备再运行鉴定。该制冷机端盖采用了电熔增材（WAAM）技术，解决了国外厂家设备改型、备件无法供货的问题，是增材制造技术在核电领域的首个工程实践示范应用。

6．核电站消防水泵用叶轮

2017年，西门子公司通过增材制造打印出核电站消防水泵用叶轮。叶轮直径108mm，其作用是为消防系统提供压力，已成功安装于斯洛文尼的亚克尔什科核电站，并完成了相关测试。测试结果表明，替换件的性能优于原先非增材制造零部件的性能，同时满足安全和可靠性要求。该案例表明，通过增材制造技术实现过时老旧零部件再造是核工业领域中具有前景的应用方向。

7．燃料组件

2020年11月，法国法马通公司（FCI）通过增材制造技术生产的燃料组件已在瑞士戈斯根(Gösgen)核电厂完成首个辐照检测周期。这批实验性不锈钢和镍基合金部件于2019年载入戈斯根核电厂反应堆。该项目的成功，获得了欧盟和美国能源部计划的支持，法马通的国际实验室在增材制造方面的科学进步进一步获得了国际认可。