核電領(lǐng)域3D打印首次實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用 標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)仍待完善

每經(jīng)編輯 歐陽(yáng)凱    

每經(jīng)記者 歐陽(yáng)凱 每經(jīng)編輯 趙橋

一度風(fēng)靡全球的3D打印技術(shù)（學(xué)名：增材制造），正在進(jìn)入中國(guó)高端裝備制造之一的核電站。2月11日，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者從中廣核集團(tuán)方面獲悉，采用金屬3D打印技術(shù)研發(fā)制造出的壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)制冷機(jī)端蓋，日前在大亞灣核電站實(shí)現(xiàn)工程示范應(yīng)用。這意味著，3D打印技術(shù)在核電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從理論研究、技術(shù)分析向工程實(shí)踐應(yīng)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師廖琪曾撰文稱，要發(fā)展3D打印，必須依靠標(biāo)準(zhǔn)化的支撐和引領(lǐng)作用。但當(dāng)前，核工業(yè)3D打印的標(biāo)準(zhǔn)體系建立尚處于起步階段。

圖為采用金屬3D打印技術(shù)制造出的壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)制冷機(jī)端蓋 圖片來(lái)源：中廣核集團(tuán)提供

兩大核電央企均涉入3D打印

中廣核運(yùn)營(yíng)公司副總經(jīng)理秦余新表示，該項(xiàng)目以EAM235合金（主要成分為碳、硅、錳、鉻、鎳、鉬、銅等元素）為原材料，利用電熔增材制造這一3D打印領(lǐng)域先進(jìn)的制造技術(shù)，解決了該型號(hào)制冷機(jī)端蓋因國(guó)外廠家設(shè)備改型備件無(wú)法供貨的難題。

中廣核方面認(rèn)為，核電領(lǐng)域的部分設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境苛刻，對(duì)機(jī)械性能要求極高，尤其部分國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，備件采購(gòu)周期長(zhǎng)、采購(gòu)成本高，而3D打印技術(shù)具備可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化凈成形、制造周期短、材料利用率高、產(chǎn)品性能優(yōu)良的優(yōu)勢(shì)，不僅可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、提高設(shè)備制造質(zhì)量、降低備件采購(gòu)成本，還能快速高效地解決現(xiàn)場(chǎng)緊急備件供應(yīng)的問(wèn)題，并優(yōu)化備件庫(kù)存結(jié)構(gòu)。

一位核電站人士告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，由于制造難度大幅提升，國(guó)產(chǎn)裝備制造廠商普遍存在產(chǎn)品報(bào)廢率過(guò)高、工藝不穩(wěn)定的情況。南方增材董事總經(jīng)理朱志宇曾表示，打造核電站一個(gè)大型鍛件，要幾百噸鋼材和幾年時(shí)間，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，耗資也大，一旦檢驗(yàn)不合格，恐怕幾千萬(wàn)元就打水漂，而通過(guò)3D打印技術(shù)就能解決這一問(wèn)題。

實(shí)際上，近兩年來(lái)，不只中廣核集團(tuán)，包括中核集團(tuán)在內(nèi)也對(duì)3D打印技術(shù)在核電領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行科研攻關(guān)。2015年，中核集團(tuán)啟動(dòng)3D打印技術(shù)研發(fā)，旗下的中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院和中國(guó)核電工程有限公司分別與南方增材簽署了核電裝備3D增材打印技術(shù)研發(fā)合作協(xié)議。

2016年1月，中核集團(tuán)宣布，利用3D打印技術(shù)的CAP1400自主化燃料原型組件下管座已順利完成，國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了3D打印技術(shù)在核燃料元件制造的應(yīng)用，隨后的12月，中核集團(tuán)再次宣布成功打印出我國(guó)首個(gè)小堆（ACP100）壓力容器試件。

上述核電站人士告訴記者，核電企業(yè)涉入3D打印，一方面是為了降低成本，解決供貨問(wèn)題；另一方面也是為未來(lái)做技術(shù)儲(chǔ)備。

核工業(yè)3D打印標(biāo)準(zhǔn)體系處起步階段

中核建中核燃料元件有限公司科技部主任工程師廖琪曾撰文分析認(rèn)為，3D打印在核工業(yè)的應(yīng)用至少要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：第一階段先解決從無(wú)到有的問(wèn)題，即要打印出外觀尺寸與現(xiàn)有部件相近的部件或部件組合；第二階段，即在前期打印試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)細(xì)致深入的性能分析，掌握打印部件的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、缺陷，乃至輻照性能等特性；第三階段，是實(shí)現(xiàn)完全意義上的3D打印工程化設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

然而，當(dāng)前3D打印面臨的最大問(wèn)題是，這些打印件沒(méi)有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有安全認(rèn)證，屬于“三無(wú)”產(chǎn)品。而要發(fā)展3D打印，必須依靠標(biāo)準(zhǔn)化的支撐和引領(lǐng)作用。

廖琪在文中亦稱，當(dāng)前，3D打印的標(biāo)準(zhǔn)體系建立尚處于起步階段。

《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者了解到，2014年，我國(guó)正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC 261增材制造技術(shù)委員會(huì)的成員國(guó)，并于2016年成立了全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 562），全面啟動(dòng)了3D打印標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨后的2016年9月，由中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)信息化專業(yè)委員會(huì)主辦的3D打印技術(shù)在核能行業(yè)應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)召開(kāi)，同時(shí)成立了3D打印標(biāo)準(zhǔn)體系的組織機(jī)構(gòu)，正式啟動(dòng)核行業(yè)3D打印標(biāo)準(zhǔn)體系的策劃工作。 

2017年12月，工信部、發(fā)改委、教育部、財(cái)政部等十二個(gè)部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》的通知，其中專門(mén)提出要健全增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系，開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)、專用材料、工藝技術(shù)、裝備、檢驗(yàn)檢測(cè)、數(shù)據(jù)和服務(wù)等方面國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，同時(shí)也鼓勵(lì)企業(yè)加快制定一批企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立相關(guān)指標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化、相互配合的成套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

廖琪表示，一套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)當(dāng)包含設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、試驗(yàn)、運(yùn)行、維護(hù)的全過(guò)程，尤其是質(zhì)量技術(shù)評(píng)價(jià)體系，必須全面而科學(xué)，以確保3D打印在核方面的應(yīng)用的腳步能夠走得穩(wěn)，走得扎實(shí)，做到設(shè)計(jì)有依據(jù)、檢測(cè)有標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)有規(guī)范、評(píng)價(jià)有準(zhǔn)則。到了這個(gè)階段，核能行業(yè)不會(huì)再滿足于用3D打印的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)既有的設(shè)計(jì)，而是基于3D打印的特點(diǎn)進(jìn)行的全過(guò)程適應(yīng)。