Jakie są potencjalne zastosowania drukowania metalowego 3D w przyszłym przemyśle energetycznym?

1. Technologia energii jądrowej: technologia „podstawowa” przebija granice tradycyjnej produkcji
Komponenty w elektrowniach jądrowych muszą być bardzo niezawodne. Muszą być w stanie występować w bardzo trudnych sytuacjach, takich jak wysokie temperatury, wysokie ciśnienie i potężne promieniowanie. Podczas tworzenia złożonych konstrukcji kanałów przepływowych tradycyjne metody mają problemy z procedurą. Jednakże,Drukowanie metalowe 3DTechnologia może wykonywać zintegrowane formowanie poprzez łączenie warstw. Na przykład wirnik pompy chłodziwa reaktora jądrowego wykonana z technologii topnienia wiązki elektronów (EBM) ma wewnętrzny kanał chłodzenia, który ma tylko 2 mm szerokości. Trudno jest tworzyć struktury z tym poziomem precyzji przy użyciu standardowych metod odlewania. Co ważniejsze, poprawa struktury topologii sprawia, że ​​wirnik drukowany 3D o 30% lżejszy niż standardowe projekty i zwiększa wydajność chłodzenia o 15% przy tej samej mocy.
Drukowanie metalowe 3D popychają rozwój rur okładzających stop z cyrkonu w cyklu paliwa jądrowego. Wykonanie tradycyjnych rur ze stopu cyrkonu wymaga kilku podań na zimno i wyżarzania. Jednak technologia drukowania 3D może sprawić, że cienkie - rurki są natychmiastowe o grubości ściany 0,3 mm, z regulowaną orientacją ziarna i 40% lepszą odpornością na pęcznienie promieniowania. Do 2030 r. Szczególna firma energetyczna nuklearna ma nadzieję, że będzie mogła skorzystać z pierwszej na świecie linii pilotażowej z nadrukiem 3D z tubką cyrkoniową.
2. Przemysł wodoru jest kluczowym narzędziem do rozwiązywania „niemożliwego trójkąta”.
Biznes energetyczny wodoru jest pod względem „niemożliwego trójkąta” bezpieczeństwa, kosztów i wydajności. Technologia drukowania metalowego 3D oferuje przełomową odpowiedź, zmieniając materiały i optymalizując konstrukcję. Płyta dwubiegunowa jest najważniejszą częścią elektrolizerów membranowych wymiany protonów, które wytwarzają wodór z wody. Projektowanie kanału przepływowego ma bezpośredni wpływ na to, jak wydajnie wytwarzany jest wodór. Trudno jest uzyskać dokładność kanału mikrometru - za pomocą tradycyjnych metod stemplowania. Ale bipolarne płytki bipolarne z stopu tytanu 3D mogą zmniejszyć szerokość kanału z 1 mm do 0,2 mm, co sprawia, że ​​elektroliza jest bardziej wydajna. Nowa firma energetyczna obniżyła koszty wytwarzania bipolarnych płyt o 60% przy użyciu technologii drukowania 3D. Pojedynczy zbiornik może teraz wykonać ponad 1000 nm³/h wodoru.
Technologia drukowania 3D powoduje, że zbiorniki do magazynowania wodoru z gazem ciśnieniowym jest lżejsze, co jest dużym krokiem do przodu w procesie magazynowania wodoru. Za pomocą konstrukcji optymalizacji topologii metalowa wewnętrzna grubość ściany zbiorników magazynowych owiniętej włóknem węglowym można wyciąć z 8 mm do 5 mm. Utrzymuje to pojemność ciśnienia zbiorników przy 70 MPa i zwiększa gęstość magazynowania wodoru na jednostkę masy o 15%. Jeszcze bardziej imponujące jest to, że technologia drukowania 3D może wprowadzić różne materiały na zmianę na siebie, takie jak drukowanie powłoki tantalum na szczycie liniowca stopu tytanowego. Obniża to ryzyko kruchości wodoru o 90% i przedłuża żywotność zbiorników magazynowych na 20 lat.
3. Energia odnawialna: Zmiana sposobu wytwarzania sprzętu czystej energii
W świecie energii wiatrowej metalowy druk 3D pozbywa się problemu posiadania rzeczy, które są zarówno duże, jak i lekkie. Na przykład standardowe metody kucia wymagają 120 ton stalowych wlewków, aby zrobić główny wał turbiny wiatrowej o mocy 15 MW, ale zużywają tylko mniej niż 40% materiału. Ale technologia drukowania 3D wykorzystuje pustą strukturę gradientu, która może obniżyć wagę głównego wału z 45 ton do 28 ton i sprawić, że będzie to trwało 2,3 razy dłuższe niż standardowe projekty poprzez biomimetyczne układy sieci. Największa na świecie fabryka drukowania 3D SLM metalowa została opracowana przez firmę wiatrową. Jedna maszyna może drukować okrągłe części o szerokości 2,5 metra, a fabryka może robić wystarczającą ilość części dla 500 turbin wiatrowych każdego roku.
Przełom w technologii drukowania 3D pomagają również branży fotowoltaicznej. Drukowanie metalowe 3D może wytwarzać wzory elektrod nanoskalowych w produkcji komórek perowskitu. Zmniejsza to grubość światła - wchłaniająca warstwę od 500 nm do 200 nm, co zwiększa wydajność konwersji komórki do ponad 33%. 3 D Technologia drukowania może tworzyć zakrzywione struktury komórkowe, których nie mogą tradycyjne metody fotolitografii, co otwiera nowe sposoby tworzenia integracji zintegrowanej fotowoltaiki (BIPV). Grupa badaczy opracowała spersonalizowane narzędzia do drukowania cienkich warstw miedzi indium galu selenidu (CIGS). To skraca czas, w którym Takeus jest wydrukowanie pojedynczego kompleksu komórkowego od 72 godzin do materiałów do 8 godzin.
4. Rozwój geotermalny: Jak dostać się do haseł produkcyjnych w trudnych warunkach
Narzędzia wiercenia muszą być w stanie wytrzymać bardzo wysokie temperatury i korozję w celu wygenerowania energii elektrycznej geotermalnej. Przy 350 stopni tradycyjne bity stopowe nikiel - prawdopodobnie pękają z powodu korozji naprężeń w płynach geotermalnych. Jednak technologia drukowania 3D może utworzyć warstwę wzmacniającej stopę molowceum o grubości 0,5 mm na powierzchni wiertła poprzez konstrukcję gradientu składu. Podnosi to temperaturę roboczą do 500 stopni i potroi życie usługowe. Kiedy firma zajmująca się deweloperstwem geotermalnym zaczęła korzystać z wiertarki drukowanych w 3D, koszt wykopania jednej studni spadł z 12 milionów juanów do 7,5 miliona juanów, a czas, jaki wymagał, aby wywiercić studnię o 40%.
W Enhanced Geotermal Systems (EGS) druk 3D pomaga w budowaniu inteligentnego sztucznego magazynu termicznego. Drukowanie płyty prowadzącej z małymi kanałami pozwala regulować dokładnie tam, gdzie wstrzyknięta woda płynie w formacji. To sprawia, że ​​jest o 25% bardziej wydajny w wydobywaniu ciepła. Jeszcze bardziej innowacyjne jest to, że technologia drukowania 3D może tworzyć inteligentne narzędzia do ukończenia studni z czujnikami, które mogą śledzić dane dotyczące temperatury i ciśnienia w czasie rzeczywistym, pomagając podejmować decyzje dotyczące zarządzania zasobami geotermalnymi.