核电领域3D打印首次实现工程应用 标准化体系建设仍待完善

每经编辑 欧阳凯    

每经记者 欧阳凯 每经编辑 赵桥

一度风靡全球的3D打印技术（学名：增材制造），正在进入中国高端装备制造之一的核电站。2月11日，《每日经济新闻》记者从中广核集团方面获悉，采用金属3D打印技术研发制造出的压缩空气生产系统制冷机端盖，日前在大亚湾核电站实现工程示范应用。这意味着，3D打印技术在核电领域实现了从理论研究、技术分析向工程实践应用的跨越。

去年5月，中核建中核燃料元件有限公司科技部主任工程师廖琪曾撰文称，要发展3D打印，必须依靠标准化的支撑和引领作用。但当前，核工业3D打印的标准体系建立尚处于起步阶段。

图为采用金属3D打印技术制造出的压缩空气生产系统制冷机端盖 图片来源：中广核集团提供

两大核电央企均涉入3D打印

中广核运营公司副总经理秦余新表示，该项目以EAM235合金（主要成分为碳、硅、锰、铬、镍、钼、铜等元素）为原材料，利用电熔增材制造这一3D打印领域先进的制造技术，解决了该型号制冷机端盖因国外厂家设备改型备件无法供货的难题。

中广核方面认为，核电领域的部分设备结构复杂，运转环境苛刻，对机械性能要求极高，尤其部分国外进口设备，备件采购周期长、采购成本高，而3D打印技术具备可实现复杂结构一体化净成形、制造周期短、材料利用率高、产品性能优良的优势，不仅可以优化产品设计方案、提高设备制造质量、降低备件采购成本，还能快速高效地解决现场紧急备件供应的问题，并优化备件库存结构。

一位核电站人士告诉《每日经济新闻》记者，由于制造难度大幅提升，国产装备制造厂商普遍存在产品报废率过高、工艺不稳定的情况。南方增材董事总经理朱志宇曾表示，打造核电站一个大型锻件，要几百吨钢材和几年时间，不仅耗时长，耗资也大，一旦检验不合格，恐怕几千万元就打水漂，而通过3D打印技术就能解决这一问题。

实际上，近两年来，不只中广核集团，包括中核集团在内也对3D打印技术在核电领域应用进行科研攻关。2015年，中核集团启动3D打印技术研发，旗下的中国核动力研究设计院和中国核电工程有限公司分别与南方增材签署了核电装备3D增材打印技术研发合作协议。

2016年1月，中核集团宣布，利用3D打印技术的CAP1400自主化燃料原型组件下管座已顺利完成，国内首次实现了3D打印技术在核燃料元件制造的应用，随后的12月，中核集团再次宣布成功打印出我国首个小堆（ACP100）压力容器试件。

上述核电站人士告诉记者，核电企业涉入3D打印，一方面是为了降低成本，解决供货问题；另一方面也是为未来做技术储备。

核工业3D打印标准体系处起步阶段

中核建中核燃料元件有限公司科技部主任工程师廖琪曾撰文分析认为，3D打印在核工业的应用至少要经过三个阶段：第一阶段先解决从无到有的问题，即要打印出外观尺寸与现有部件相近的部件或部件组合；第二阶段，即在前期打印试验的基础上，通过细致深入的性能分析，掌握打印部件的力学性能、微观结构、应力状态、缺陷，乃至辐照性能等特性；第三阶段，是实现完全意义上的3D打印工程化设计和应用。

然而，当前3D打印面临的最大问题是，这些打印件没有生产标准，没有质量检测标准，没有安全认证，属于“三无”产品。而要发展3D打印，必须依靠标准化的支撑和引领作用。

廖琪在文中亦称，当前，3D打印的标准体系建立尚处于起步阶段。

《每日经济新闻》记者了解到，2014年，我国正式成为国际标准化组织ISO/TC 261增材制造技术委员会的成员国，并于2016年成立了全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC 562），全面启动了3D打印标准化工作。随后的2016年9月，由中国核能行业协会信息化专业委员会主办的3D打印技术在核能行业应用技术交流会召开，同时成立了3D打印标准体系的组织机构，正式启动核行业3D打印标准体系的策划工作。 

2017年12月，工信部、发改委、教育部、财政部等十二个部门联合印发了《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》的通知，其中专门提出要健全增材制造标准体系，开展创新设计、专用材料、工艺技术、装备、检验检测、数据和服务等方面国家标准、行业标准制定工作，同时也鼓励企业加快制定一批企业标准，建立相关指标协调优化、相互配合的成套技术标准体系。

廖琪表示，一套完整的标准体系，应当包含设计、制造、检测、试验、运行、维护的全过程，尤其是质量技术评价体系，必须全面而科学，以确保3D打印在核方面的应用的脚步能够走得稳，走得扎实，做到设计有依据、检测有标准、试验有规范、评价有准则。到了这个阶段，核能行业不会再满足于用3D打印的方式来实现既有的设计，而是基于3D打印的特点进行的全过程适应。