3D-Druck in der Kernenergie
Gewährleistung von Zuverlässigkeit und langfristiger Verfügbarkeit in einer der am stärksten regulierten Branchen
Kernkraftwerke unterliegen einigen der strengsten Betriebsbedingungen und Sicherheitsvorschriften aller Industriezweige. Die Anlagen müssen kontinuierlich stabile Energie liefern und dabei eine nahezu nulltolerante Haltung gegenüber dem Ausfall von Komponenten einhalten. Gleichzeitig sind viele der heute in Betrieb befindlichen Reaktoren bereits mehrere Jahrzehnte alt, verfügen über veraltete Anlagen, nicht mehr lieferbare Komponenten und Lieferketten, die die für den langfristigen Betrieb erforderlichen Teile nicht mehr bereitstellen können.
Die additive Fertigung (AM) bietet einen neuen Ansatz für Kernkraftwerksbetreiber, die die Lebensdauer ihrer Anlagen verlängern, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sicherstellen, die Zuverlässigkeit der Systeme verbessern und die Einhaltung strenger behördlicher Auflagen gewährleisten wollen. Für SMRs kann sie als flexible Grundlage für künftige Instandhaltungsstrategien dienen. Durch die bedarfsgerechte Herstellung hochspezialisierter, rückverfolgbarer und leistungsoptimierter Komponenten stärkt die additive Fertigung die Betriebskontinuität in einem Sektor, in dem Zuverlässigkeit keine Option, sondern eine zwingende Voraussetzung ist.
Herausforderungen in der Nuklearindustrie
Kernkraftwerksbetreiber weltweit stehen vor einzigartigen und immer dringlicheren Herausforderungen:
Warum additive Fertigung für die Nuklearindustrie?
Die additive Fertigung unterstützt Kernkraftwerksbetreiber und Zulieferer dabei, strenge technische, betriebliche und behördliche Anforderungen zu erfüllen:
- Verlängerung der Lebensdauer durch Ersatzteile: Durch additive Fertigung lassen sich veraltete Komponenten auch ohne Originalwerkzeuge oder Unterstützung durch den Originalhersteller nachbauen.
- On-Demand-Fertigung mit lückenloser Rückverfolgbarkeit: Jeder Fertigungsschritt kann dokumentiert, überwacht und validiert werden – im Einklang mit den Qualitätsstandards für die Nuklearindustrie.
- Geringere Abhängigkeit von bisherigen Lieferanten: Komponenten können vor Ort unter Verwendung qualifizierter Materialien und geprüfter Verfahren hergestellt werden.
- Leistungsoptimierte Konstruktionen: Interne Kanäle, ein verbessertes Strömungsverhalten und eine geringere Anzahl an Bauteilen steigern die Leistung und Zuverlässigkeit und ermöglichen gleichzeitig innovative Konstruktionsansätze für SMR und Reaktortechnologien der nächsten Generation.
- Unterstützung bei der Qualifizierung und Zertifizierung: Die additive Fertigung ermöglicht kontrollierte, wiederholbare Fertigungsabläufe, die für Qualifizierungsverfahren im Nuklearbereich geeignet sind.
Zusammen machen diese Fähigkeiten die additive Fertigung zu einer zunehmend wichtigen Technologie für die Gewährleistung eines kontinuierlichen, sicheren und effizienten Betriebs von Kernkraftwerken.
Anwendungen des 3D-Drucks in der Kerntechnik
Die additive Fertigung (AM) wird bereits in zahlreichen nuklearen Anwendungen und Umgebungen eingesetzt. Diese Anwendungen zeigen, dass es sich bei der AM nicht um eine reine Theorie handelt – sie unterstützt bereits heute den Betrieb von Reaktoren:
- Ersatzteile für ältere Anlagen: Ausgemusterte Laufräder, Gehäuse, Ventilkomponenten und andere wichtige Teile. Leiterplattenschutz, Schalttafeln
- Pumpen, Ventile und durchflusskritische Komponenten: Optimiert für verbesserte Leistung und längere Lebensdauer.
- Interne Bauteile mit komplexen Geometrien: Hochentwickelte Kühlkanäle, optimierte Strömungswege und integrierte Merkmale.
- Sicherheitsrelevante, jedoch nicht kraftstoffbezogene Komponenten: Filterelemente, Bauteile und Lösungen zur Verringerung von Ablagerungen.
- Werkzeuge, Vorrichtungen und Hilfssysteme: Maßgeschneiderte Vorrichtungen für eine sicherere und effizientere Wartung.
Das stille Rückgrat: Wie die additive Fertigung die Stromnetze weltweit mit neuer Energie versorgt
Westinghouse nutzt additive Fertigung (AM), um kritische Herausforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit in Kernkraftwerken zu bewältigen, darunter hochentwickelte Schmutzfilter und Bodendüsen, die die Filtereffizienz auf über 95 % steigern, ohne den Druckabfall zu erhöhen. Gleichzeitig senkt ExxonMobil seine Lagerhaltungskosten durch digitale Lager, wodurch qualifizierte Teile bedarfsgerecht gedruckt werden können. Zusammen zeigen diese Initiativen, wie sich die additive Fertigung zu einem sicherheitskritischen Rückgrat sowohl für den Kernkraftwerksbetrieb als auch für globale Energieversorgungsketten entwickelt.
Warum EOS für die Kernenergie?
Dank seiner langjährigen Erfahrung mit systemkritischen Anwendungen und seiner umfassenden Expertise in der additiven Fertigung mit Metall ist EOS ein zuverlässiger Partner für die Nuklearindustrie. Wir unterstützen Betreiber, Zulieferer und Forschungsinstitute bei der sicheren Einführung und Skalierung der additiven Fertigung durch:
- Zuverlässige, reproduzierbare und zertifizierbare Metall-AM-Fertigung
- Materialien, die für Umgebungen mit hohen Temperaturen, hoher Beanspruchung und korrosiven Bedingungen geeignet sind
- Unterstützung bei Qualifizierung, Prüfung und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften
- Jahrzehntelange Erfahrung in der Luft- und Raumfahrt, der Energiewirtschaft und anderen regulierten Branchen
- Bewährte Anwendungen im Nuklearbereich, einschließlich Komponenten von in Betrieb befindlichen Reaktoren
- Ein globales Partnernetzwerk, das umfassende Unterstützung im Bereich der additiven Fertigung bietet
EOS ermöglicht es Betreibern von Kernkraftwerken, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sicherzustellen, die Betriebsdauer zu verlängern, die Systemleistung zu verbessern und robuste Lieferketten aufzubauen – allesamt wesentliche Voraussetzungen für eine sichere, zuverlässige und nachhaltige Kernenergieerzeugung.
