Quelles sont les applications potentielles de l'impression 3D métallique dans l'industrie de l'énergie future?

1. Field d'énergie nucléaire: la technologie "Core" franchit les limites de la fabrication traditionnelle
Les composants des centrales nucléaires doivent être très fiables. Ils doivent être en mesure de jouer dans des situations très difficiles, comme des températures élevées, des pressions élevées et des rayonnements puissants. Lors de la fabrication de constructions de canaux d'écoulement complexes, les méthodes traditionnelles ont des problèmes avec la procédure. Cependant,Impression en métal 3DLa technologie peut faire des moulures intégrées en fusionnant les couches ensemble. Par exemple, la roue d'une pompe de liquide de refroidissement du réacteur nucléaire en technologie de fusion de faisceau d'électrons (EBM) a un canal de refroidissement interne qui n'a que 2 mm de large. Il est difficile de fabriquer des structures avec ce niveau de précision en utilisant des méthodes de coulée standard. Plus crucial, l'amélioration de la structure de la topologie rend la roue imprimée en 3D à 30% plus légère que les conceptions standard et augmente l'efficacité de refroidissement de 15% à la même puissance.
L'impression métal 3D pousse le développement de tubes de revêtement en alliage de zirconium dans le cycle de carburant nucléaire. Il faut plusieurs passes de roulement et de recuit à froid pour fabriquer des tubes en alliage de zirconium traditionnels. Cependant, la technologie d'impression 3D peut faire des tubes à paroi minces - avec une épaisseur de paroi de 0,3 mm immédiatement, avec une orientation de grain réglable et une résistance de gonflement de radiation 40%. D'ici 2030, une compagnie d'énergie nucléaire particulière espère pouvoir utiliser la première ligne de production de pilote de tube en alliage en alliage en alliage zirconium imprimé au monde pour les affaires.
2. L'industrie de l'hydrogène est un outil clé pour résoudre le «triangle impossible».
L'activité d'énergie d'hydrogène est contre le "triangle impossible" de la sécurité, du coût et de l'efficacité. La technologie d'impression Metal 3D offre une réponse révolutionnaire en modifiant les matériaux et en optimisant la structure. La plaque bipolaire est la partie la plus importante des électrolyseurs de membrane d'échange de protons qui fabriquent de l'hydrogène à partir de l'eau. Sa conception de canaux d'écoulement a un impact direct sur l'efficacité de l'hydrogène. Il est difficile d'obtenir une précision de canal micrométrique - avec des méthodes d'estampage traditionnelles. Mais les plaques bipolaires en alliage en alliage en titane imprimé en 3D peuvent réduire la largeur du canal de 1 mm à 0,2 mm, ce qui rend l'électrolyse 8% plus efficace. Une nouvelle société énergétique a réduit le coût de la fabrication de plaques bipolaires de 60% en utilisant la technologie d'impression 3D. Un seul réservoir peut désormais fabriquer plus de 1000 nm³ / h d'hydrogène.
La technologie d'impression 3D rend les réservoirs de stockage d'hydrogène à gaz de pression élevés élevés, ce qui est un grand pas en avant dans le processus de stockage de l'hydrogène. En utilisant la conception d'optimisation de topologie, l'épaisseur de paroi intérieure métallique des réservoirs de stockage enveloppé de fibre de carbone peut être coupée de 8 mm à 5 mm. Cela maintient la capacité de pression des réservoirs à 70 MPa et augmente la densité de stockage de l'hydrogène par masse unitaire de 15%. Il est encore plus impressionnant que la technologie d'impression 3D puisse faire passer différents matériaux de l'un à l'autre, une telle impression d'un revêtement en tantale sur le dessus d'une doublure en alliage en titane. Cela réduit le risque d'embrimance de l'hydrogène de 90% et prolonge la durée de vie des réservoirs de stockage à 20 ans.
3. Énergie renouvelable: modifier la façon dont l'équipement d'énergie propre est réalisé
Dans le monde de l'énergie éolienne, l'impression en métal 3D se débarrasse du problème d'avoir des choses qui sont à la fois grandes et légères. Par exemple, les méthodes de forgeage standard ont besoin de 120 tonnes de lingots en acier pour fabriquer l'arbre principal d'une éolienne offshore de 15 MW, mais elles n'utilisent que moins de 40% du matériau. Mais la technologie d'impression 3D utilise une structure de gradient creux qui peut abaisser le poids de l'arbre principal de 45 tonnes à 28 tonnes et le faire durer 2,3 fois plus long que les conceptions standard grâce à des arrangements de treillis biomimétiques. La plus grande usine d'impression 3D SLM Metal 3D au monde a été développée par une société éolienne. Une machine peut imprimer des pièces circulaires de 2,5 mètres de large, et l'usine peut fabriquer suffisamment de pièces pour 500 éoliennes chaque année.
Les percées dans la technologie d'impression 3D aident également l'activité photovoltaïque. L'impression métal 3D peut faire des motifs d'électrodes à l'échelle à l'échelle nanométrique dans la production de cellules de pérovskite. Cela réduit l'épaisseur de la couche absorbante de la lumière - de 500 nm à 200 nm, ce qui augmente l'efficacité de conversion cellulaire à plus de 33% . 3 D La technologie d'impression peut faire des structures cellulaires incurvées que les méthodes de photolithographie traditionnelles ne peuvent pas, ce qui s'ouvre de nouvelles façons pour fabriquer une photo-allatie intégrée (BIPV). Un groupe de chercheurs a conçu des outils personnalisés pour imprimer des films minces en cuivre de l'indium gallium (CIGS). Cela réduit le temps qu'il faut pour imprimer un seul cellule composée de 72 heures aux matériaux à 8 heures.
4. Développement géothermique: comment accéder à la fabrication de mots de passe dans des conditions difficiles
Les outils de forage doivent être capables de résister à des températures très élevées et à la corrosion afin de générer de l'électricité géothermique. À 350 degrés, les bits d'alliage à base d'alliage basés sur le nickel traditionnel - sont susceptibles de se fissurer en raison de la corrosion du stress dans les fluides géothermiques. Cependant, la technologie d'impression 3D peut créer une couche de renforcement en alliage de molybdène en tungstène de 0,5 mm d'épaisseur à la surface du foret à travers la conception du gradient de composition. Cela augmente la température de travail à 500 degrés et triple la durée de vie. Lorsqu'une entreprise de développement géothermique a commencé à utiliser des forets imprimés en 3D, le coût de creuser un seul puits est passé de 12 millions de yuans à 7,5 millions de yuans, et le temps qu'il a fallu pour percer le puits a baissé de 40%.
Dans les systèmes géothermiques améliorés (EGS), l'impression 3D aide à créer un stockage thermique artificiel intelligent. L'impression d'une plaque de guidage avec de minuscules canaux vous permet de réguler exactement où l'eau injectée s'écoule dans la formation. Cela le rend 25% plus efficace pour extraire la chaleur. Ce qui est encore plus innovant, c'est que la technologie d'impression 3D peut faire des outils de réalisation de puits intelligents avec des capteurs qui peuvent suivre les données de température et de pression en temps réel, aidant à prendre des décisions sur la façon de gérer les ressources géothermiques.