A Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido (UKAEA) começou a utilizar duas máquinas de manufatura aditiva que utilizam métodos complementares para fabricar componentes para futuras máquinas de fusão. Em sua recém-inaugurada Instalação Central de Suporte (CSF), a UKAEA comissionou uma máquina de AM por feixe de elétrons que será usada principalmente para incorporar tungstênio em componentes, juntamente com uma máquina de fabricação a laser seletiva.
A fusão pode desempenhar um papel fundamental em um futuro global de energia de baixo carbono. No entanto, os componentes das futuras usinas de fusão terão que operar sob condições complexas e desafiadoras, incluindo temperaturas extremas, altas cargas de nêutrons e fortes campos magnéticos. Como resultado, exigem combinações complexas de materiais e engenharia de precisão.
A AM é adequada para produzir materiais com designs complexos e em baixos volumes, tornando-a ideal para um setor como o da fusão, onde, num futuro próximo, cada máquina de fusão será altamente individual e exigirá componentes sob medida. Como resultado, a UKAEA acredita que a impressão 3D pode desempenhar um papel importante no futuro da fusão e encomendou as máquinas para demonstrar dois métodos complementares de impressão 3D para produzir componentes de fusão.
A máquina aditiva eMELT Electron Beam Powder Bed Fusion (E-PBF), fabricada pela Freemelt, utiliza tecnologia de feixe de elétrons para unir pó de tungstênio em componentes sólidos com densidade próxima a 100%. A máquina eMELT será usada para revestir tungstênio sobre outros materiais, como cobre, cromo-zircônio, aço inoxidável e Eurofer 97, um tipo especial de aço desenvolvido para uso em máquinas de fusão.
O SLM280 será usado para testar como produzir componentes com geometrias complexas e combinações de materiais essenciais para o sucesso de usinas de fusão. O SLM280 é fabricado pela Nikon SLM, fornecido pela Kingsbury Machine Tools e apoiado pela Additure.
Ambas as tecnologias de impressão 3D apoiarão a fabricação de componentes de plasma que serão expostos a temperaturas extremas durante seu ciclo de vida operacional. As máquinas também reduzirão a dependência de técnicas tradicionais, como soldagem, reduzindo o número de operações de fabricação e processos de junção.
“Futuras usinas de fusão exigirão milhares – ou até milhões – de componentes com geometrias complexas que possam suportar as condições extremas de um ambiente de fusão. A UKAEA acredita que a manufatura aditiva será essencial para o desenvolvimento desses componentes em uma escala que torne a fusão comercialmente viável”, disse Roy Marshall, Chefe de Operações de Fabricação, Instalação e Manutenção da UKAEA.
“Encomendamos duas máquinas complementares de manufatura aditiva para demonstrar que componentes de fusão podem ser impressos em escala de produção, permitindo que a indústria de fusão desenvolva componentes em nossas instalações que, de outra forma, seriam comercialmente proibitivos. O uso dessas máquinas permitirá que peças e geometrias sejam produzidas de forma mais eficiente do que com os métodos tradicionais de fabricação. Muitas empresas terão uma máquina de feixe de elétrons ou tecnologia de manufatura a laser seletiva, mas ter ambas as capacidades sob o mesmo teto – e ser capaz de produzir componentes em escala – é uma novidade para a indústria de fusão.”
“É uma honra para nós apoiar a UKAEA em seu importante trabalho para promover a energia de fusão como uma fonte de energia comercialmente viável. O uso da máquina industrial eMELT da Freemelt para produzir componentes de plasma de tungstênio expostos a condições extremas em máquinas de energia de fusão marca um passo importante na aplicação da nossa tecnologia E-PBF ao desenvolvimento de energia de fusão”, disse Viktor Valk, Gerente Regional da EMEA na Freemelt.
“A fusão representa o futuro da energia – mas ela só pode ser concretizada por meio de inovação ousada e colaboração confiável. Na Nikon SLM Solutions, temos orgulho de apoiar a missão da UKAEA com nossa tecnologia de fusão a laser seletiva, líder do setor, ajudando a tornar componentes de fusão complexos e de alto desempenho não apenas possíveis, mas também escaláveis. Com este marco, nos aproximamos um passo da fusão comercial – e de um futuro mais sustentável”, afirmou Christoph Barefoot, Diretor Regional de Negócios para o Reino Unido e Países Nórdicos da Nikon SLM Solutions.
O CSF reúne essa tecnologia com oficinas especialmente construídas em um único prédio – juntamente com a Equipe de Suporte à Fabricação e o Grupo de Técnicas Especiais da UKAEA – para permitir a colaboração entre as equipes de fabricação e apoiar a pesquisa e o desenvolvimento em fusão. A UKAEA está agora trabalhando para preparar parceiros comerciais para a produção em larga escala, essencial para as usinas de energia de fusão do futuro.
Ambas as máquinas agora começarão a produzir geometrias desafiadoras e realizarão experimentos explorando as propriedades de materiais manufaturados por meio de manufatura aditiva. Este trabalho será seguido pelas etapas iniciais de fabricação envolvendo camadas de tungstênio e cobre-cromo-zircônio. Para saber mais sobre as máquinas acesse o site.
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