Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL), eine vom US-Energieministerium verwaltete Forschungseinrichtung mit Schwerpunkt auf Materialwissenschaft und Kernforschung, hat einen wichtigen Fortschritt erzielt, wie das U.S. Department of Energy berichtet. Das Labor hat eine spezielle Probenkapsel für seinen Hochfluss-Isotopenreaktor (HFIR) entworfen, mit 3D-Druck hergestellt und erfolgreich getestet. Dies stellt einen Meilenstein für die additive Fertigung im Bereich von Reaktorkomponenten dar. Der Einsatz von 3D-Druck ermöglicht dabei die Herstellung komplexer Formen effizienter und kostengünstiger als mit herkömmlichen Verfahren.
Für die Fertigung der sogenannten „Rabbit Capsule“ verwendete ORNL die Laserpulverbettfusion, eine bewährte Technologie im Bereichs des Metall-3D-Drucks. Die aus Edelstahl gefertigte Kapsel dient zur Aufnahme von Experimenten während der Bestrahlung in Testreaktoren. Nach dem Drucken wurde die Kapsel zusammengesetzt, beladen und versiegelt, bevor sie in den HFIR eingesetzt wurde. Dort hielt sie fast einen Monat in einer Umgebung mit hoher Neutronenflussdichte stand, was die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von 3D-gedruckten Komponenten unter extremen Bedingungen unter Beweis stellte.
Additive Fertigung in der Kerntechnik
Richard Howard, Leiter der Gruppe für Bestrahlungsingenieurwesen bei ORNL, erklärte:
„Dies ist ein bedeutender Schritt, um zu zeigen, dass additive Fertigung zur Entwicklung und Qualifizierung spezieller Komponenten genutzt werden kann, die konventionell nicht herstellbar sind.“ Ryan Dehoff, Direktor der Fertigungsdemonstrationsanlage des ORNL, ergänzte: „Indem wir die Zuverlässigkeit dieser gedruckten Komponenten demonstrieren, sehen wir einer Zukunft entgegen, in der die additive Fertigung zur Standardpraxis bei der Herstellung kritischer Reaktorteile wird.“
Die Kapsel wird im Winter einer Nachbestrahlungsanalyse unterzogen. Diese Untersuchung könnte weitere Anwendungen des 3D-Drucks in sicherheitskritischen Bereichen der Nukleartechnik und anderen regulierten Branchen ermöglichen. Ziel der Forscher ist es, die Designflexibilität der additiven Fertigung zu nutzen, um komplexere Komponenten zu entwickeln, die mit traditionellen Methoden nicht realisierbar sind. Dabei sollen hohe Standards in Bezug auf Materialzusammensetzung und Qualifikation eingehalten und gleichzeitig die Kosten sowie Entwicklungszeiten gesenkt werden.
Innovation mit Potenzial
Die Entwicklung der Rabbit Capsule verdeutlicht das Potenzial der additiven Fertigung, eine größere Rolle in anspruchsvollen technologischen Anwendungen zu übernehmen. Die Möglichkeit, Bauteile schnell zu entwerfen, zu testen und herzustellen, könnte nicht nur die Effizienz steigern, sondern auch neue Ansätze für den Bau von Reaktorkomponenten eröffnen.