ORNL が複雑で欠陥のないタングステン部品を 3D プリント、世界初

この投稿は warrior bear によって 2024-6-1 21:36 に最後に編集されました。

2024年6月1日、アンタークティックベアは、米国エネルギー省（DoE）オークリッジ国立研究所（ORNL）が複雑で欠陥のないタングステン部品の3Dプリントに初めて成功したと発表したことを知りました。これは「世界初」のことでした。この新たなブレークスルーにより、高性能金属部品の製造に新たな可能性が開かれます。タングステンは加工が非常に難しい素材であり、従来は3Dプリント技術を用いて複雑な形状のタングステン部品を製造することは困難でした。しかし、ORNL の研究者たちは、印刷プロセスを最適化することで、最終的にこの目標を達成しました。

タングステン部品は、ORNLの製造実証施設（MDF）で電子ビーム積層造形技術を使用して製造されたもので、この種のものとしては初めてのものだと言われています。 ORNL チームによれば、この成果は核融合エネルギーなどのクリーンエネルギー技術に大きな可能性をもたらすという。
3D プリントされた部品は過酷な環境向けに設計されており、タングステンはすべての金属の中で最も高い融点を持っています。したがって、この材料はプラズマ温度が華氏1億8000万度以上に達する核融合炉での使用に最適です。これは太陽の中心部の温度である華氏2700万度よりもはるかに高い温度です。
ORNL 堆積科学技術グループのリーダーである Michael Kirka 氏は、次のようにコメントしています。「電子ビーム積層造形法は、複雑なタングステン形状の加工に非常に有望です。これは、持続可能な炭素排出のない未来を支えるエネルギー資源における高温金属の使用拡大に向けた重要な一歩です。」
△ 3Dプリントされた複雑で欠陥のないタングステン部品。写真提供：ミカエラ・ブルードーン/ORNL、米国エネルギー省。
複雑な形状の欠陥のないタングステン部品を 3D プリントする<br /> タングステンは高温に耐える能力がありますが、複雑なタングステン部品の製造は困難なプロセスです。純粋なタングステンは非常に脆く、室温では簡単に壊れる可能性があることに注意する必要があります。
この問題に対処するため、ORNL チームは、タングステンを層ごとに精密かつ複雑な 3D 形状に堆積できる電子ビーム 3D プリンターを開発しました。
このシステムは、磁気誘導真空粒子ストリームを使用してタングステン粉末を溶かし、結合して固体金属物体にします。高真空ハウジングのおかげで、電子ビーム 3D プリンターは異物汚染を減らし、残留応力の形成を制限します。
この研究は、核融合などの新たな再生可能エネルギー源を開発することでクリーンエネルギーを推進するという米国エネルギー省の取り組みの一環である。オークリッジ国立研究所はこれまで、既存の原子力エネルギー用途の技術を強化するために積層造形法を採用してきました。
2020年、ORNLはアラバマ州にあるテネシー川流域開発公社（TVA）ブラウンズフェリー原子力発電所に3Dプリントされた燃料集合体ブラケットを提供すると発表した。これらの部品は、ORNL の変換チャレンジ炉 (TCR) プログラムの一環として、核燃料サプライヤーの Framatome 社と提携して開発されました。このプログラムは、米国全土で原子力エネルギーをより迅速かつ安価に供給する機会を探ることを目的としている。
TCR プログラムでは、ORNL が 3D プリントされた原子炉コアも開発しました。 ORNL はこのプロジェクトを通じて、原子炉の設計、製造、ライセンス供与、運用に対する新しいアプローチを確立することを目指しています。
2020年、チームは原子炉コアの設計を実証し、原子炉コアの構築に必要な積層造形技術を拡大し、3Dプリントされたコンポーネントの一貫性と信頼性を確認する方法を開発しました。
△ ORNL の 3D プリント燃料集合体ブラケットは、原子力発電所に設置される最初の 3D プリント安全関連部品でもあります。写真提供：米国エネルギー省フレッド・リスト/ORNL。
3D プリントは再生可能エネルギー産業に貢献します<br /> 付加製造は、従来の再生不可能なエネルギー源から脱却し、より環境に優しい代替エネルギー源を採用するという世界的な取り組みをサポートするために、ますます利用されるようになっています。
以前、ゼネラル・エレクトリック社の風力タービン製造部門であるGEリニューアブル・エナジーは、この再生可能エネルギーへの移行を推進するために建築3Dプリント専門企業のCOBODに投資しました。この投資は、両社が3Dプリントした「記録的な高さ」の風力タービンタワーを共同で開発したこれまでの協力関係を拡大するものである。
△ 3Dプリントされた風力タービンタワーのプロトタイプベースさらに、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者は、リサイクル樹脂を使用して風力タービンブレードを3Dプリントする新しいプロセスを開発しました。廃棄後のブレードの性能とリサイクル性を向上させるため、3Dプリントプロセスでは溶かして再利用できる熱可塑性プラスチックが使用されていると伝えられている。
このアプローチの有効性を実証するために、エンジニアは長さ 13 メートルのプロトタイプを構築しました。チームは、このプロセスにより製造業者のコストとスピードが改善される可能性があると考えています。研究者らは、3Dプリントによりタービンブレードの重量とコストを10%削減し、納期を15%短縮できる可能性があると指摘している。

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