La fabrication rencontre la réglementation nucléaire
Les réacteurs nucléaires avancés font face à un paradoxe : les conceptions en cours de développement aujourd'hui sont censées être plus sûres, plus efficaces et plus flexibles que les réacteurs à eau légère existants, mais les voies réglementaires qui régissent leur construction ont été écrites pour les méthodes de fabrication de la génération précédente. Les matériaux qui n'étaient pas disponibles ou peu pratiques au moment de la rédaction des codes peuvent désormais être produits avec une haute précision, mais ils ne peuvent pas être utilisés légalement dans les composants nucléaires tant qu'ils ne reçoivent pas une approbation formelle par des processus de normalisation qui peuvent prendre de nombreuses années.
Le Laboratoire national d'Argonne travaille pour combler cette lacune. Les chercheurs d'Argonne ont soumis un projet de Code Case à l'American Society of Mechanical Engineers qui permettrait l'utilisation de Laser Powder Bed Fusion - une technique de fabrication additive haute précision - pour les composants utilisés dans les applications de réacteurs nucléaires haute température. S'il est approuvé, le changement de code ouvrirait la voie à la fabrication de pièces de qualité nucléaire avec une complexité géométrique et des propriétés de matériaux que les méthodes d'usinage traditionnelles ne peuvent pas réaliser efficacement.
Ce que Laser Powder Bed Fusion offre
Laser Powder Bed Fusion est l'un des procédés d'impression 3D métal les plus performants disponibles. Un laser haute puissance fusionne sélectivement de la poudre de métal couche par couche, avec une résolution de caractéristiques mesurée en fractions de millimètre, pour produire des pièces avec des géométries internes complexes, des canaux de refroidissement optimisés et des compositions de matériaux personnalisées qui seraient impraticables ou impossibles à usiner à partir d'une pièce brute. Pour les composants de réacteurs nucléaires, cela se traduit directement par une liberté de conception que les ingénieurs n'ont pas pu exploiter auparavant.
Les composants de réacteur soumis à des températures élevées et au flux de neutrons nécessitent des matériaux avec des propriétés microstructurales précises. La fabrication conventionnelle s'appuie sur des séquences de traitement thermique et d'usinage soigneusement contrôlées pour obtenir ces propriétés dans des géométries simples. LPBF peut produire des microstructures équivalentes ou supérieures dans des formes complexes en contrôlant l'historique thermique de chaque couche déposée par les paramètres du laser. Le résultat est une pièce qui égale ou surpasse la qualité de la fabrication traditionnelle tout en permettant des géométries qui améliorent les performances thermiques, réduisent le poids ou simplifient l'assemblage.
