根据3D科学谷的市场洞察，增材制造技术在核能可持续发展中具有重要的革新价值，它不仅能够提高核电站的安全性和效率，降低运营成本，还能加快先进反应堆的部署，减少材料浪费和环境影响，推动清洁能源的发展，并支持核能技术的前沿创新。增材制造技术能够制造出复杂形状的部件，这些部件具有更高的耐用性和精度，这对于确保核电站的安全性和可靠性至关重要。增材制造技术的应用有望开发出性能跨越式提升的核能装备，同时提高核能装备的制造效率和精度、加强核能装备的安全可靠性，为推动清洁能源发展注入新的动力。

▲ 算法推动核能装备开发© ORNL

3D科学谷洞察

从提高效率到增强核安全-3D打印的影响

“3D打印技术能够制造出足以承受核反应堆极端环境的坚固材料，并生成以前难以生成或不可能生成的复杂形状。3D打印技术在核工业中的具体应用包括核反应堆元件制造（核反应堆堆芯制造、核燃料组件隔离栅、核燃料组件下管座、核反应堆压力容器制造等等） 、核辐射屏蔽材料、核电厂消防泵叶轮等等，这些应用揭示了3D打印技术在核工业中的多样化和潜力，从提高制造效率到增强核安全，3D打印技术正在成为核能领域的一个重要制造方式。”

算法驱动

在核工业中，3D打印部件的检测通常会遇到各种挑战，其中3D打印部件的质量检测通常依赖于高精度的计算机断层扫描（CT扫描），这些扫描利用X射线技术，对部件的内部结构进行详尽的检查，以确保无缺陷。然而，传统方法不仅耗时，而且昂贵。

此外，在核反应堆中取出的材料往往含有放射性，因此，长时间的X射线CT扫描不仅对实验室技术人员的安全构成威胁，还会因为辐射导致探测器磨损，限制使用寿命和图像准确性。这些挑战涉及到技术、安全、成本和环境等多个方面，需要通过技术创新和严格的质量控制流程来克服。

虽然3D打印部件的检查时间可能因应用而异，但专家估计它可能占总生产时间的 25% 左右。这就是为什么检查过程越复杂，就越难以快速高效地交付产品。

在AM-增材制造行业，多家技术提供商已将开发能够快速高效检查的检查解决方案作为其核心业务。来自 ORNL美国国家橡树岭实验室的核能部门的研究人员加入了这一行列，他们创建了一种软件算法，将用于核应用的3D打印零部件的检查时间缩短了85%。研究人员现在正在为爱达荷国家实验室 (INL) 训练算法，以便将类似的方法应用于辐照材料和核燃料。

ORNL 的新软件算法使用机器学习快速重建和分析图像，从而显着减少执行检查所需的成本、时间和扫描次数。

INL的研究人员应用 ORNL 的新算法，在不到 5 小时的扫描时间内分析了 30 多个3D打印样品部件。如果没有该软件，每次扫描将需要30多个小时才能完成，这为放射性物质和燃料的潜在应用打开了大门。

INL的研究人员通常会推迟检查间隔时间，延缓从核反应堆中取出的零件，以确保实验室技术人员的安全。长时间的X射线 CT扫描过程中产生的辐射也会磨损探测器，限制其使用寿命和图像的准确性。更短的扫描时间意味着每次扫描的辐射剂量更少，等待时间更短，同时能够获得更高质量的数据并更快地反馈给训练模型。

根据3D科学谷的市场洞察，这一突破性的进展不仅大幅降低了检测成本和时间，而且对核工业的质量控制流程产生了重大影响。该算法通过快速重建和分析计算机断层扫描（CT）图像，减少了执行检查所需的成本、时间和扫描次数，这种加速的检测能力为辐照材料和核燃料的应用开辟了新的可能性。

根据INL的仪器科学家兼衍射和成像小组负责人，这种算法的应用将显著提高操作安全，加快新材料的评估速度，并加速新核能理念从概念到电网实施的整个生命周期。

ORNL的研究员Amir Ziabari是该算法的开发者，他正在训练该软件，以便未来能应用于放射性物质和燃料的检查。

ORNL和INL之间的合作预计将加快新型反应堆的开发和部署，以实现电力部门脱碳，该软件技术得到了美国能源部先进材料和制造技术（AMMT）的资助，旨在加速新材料和制造技术的商业化进程，以支持美国制造业的创新和竞争力。