قالب مطبوع يختصر تصنيع القطع المعدنية للمفاعلات
استخدم مختبر أوك ريدج وشركة A.J. Tuck قالباً بلاستيكياً مطبوعاً وترسيباً كهربائياً وضغطاً حرارياً لإنتاج خمس حاويات نيكل محكمة وقطعة صلبة بوزن 15.7 رطلاً. قد تختصر الطريقة تصنيع مكونات المفاعلات، لكن الاختبار الكامل اقتصر حتى الآن على أشكال أسطوانية بسيطة.
بدأت التجربة بقالب بلاستيكي خرج من طابعة ثلاثية الأبعاد، وانتهت بقطعة نيكل صلبة تزن 15.7 رطلاً. جمع مختبر أوك ريدج الوطني وشركة A.J. Tuck بين الطباعة والترسيب الكهربائي والضغط الحراري لتقليل عدد اللحامات التي قد تتسبب في فشل تصنيع القطع المعدنية الكبيرة.
الخلاصة في 30 ثانية
- ماذا حدث؟ صنع الفريق خمس حاويات نيكل محكمة، ثم ملأ إحداها بمسحوق معدني وحوله بالحرارة والضغط إلى قطعة صلبة.
- لماذا يهم؟ قد تختصر الطريقة إنتاج مكونات معقدة للمفاعلات والتوربينات وأنظمة الضغط، خصوصاً عندما تكون قدرات الحدادة والسباكة محدودة.
- ما الذي لم يُثبت؟ نجح المسار الكامل مع أسطوانات بسيطة، ولم يُختبر بعد على صمام أو دافع ذي تفاصيل هندسية صعبة.
الرقم الأهم
أنتجت المرحلة الأولى خمس حاويات محكمة، طول كل منها 6 بوصات وقطرها 4 بوصات.
لماذا تبدأ القطعة المعدنية بحاوية مؤقتة؟
في الكبس المتساوي بالضغط الساخن يوضع المسحوق المعدني داخل غلاف محكم، ثم يتعرض لحرارة وضغط مرتفعين حتى تتماسك حبيباته. أي تسرب في الغلاف يفسد دورة الضغط وقد يضيع القطعة الموجودة داخله.
تحتاج الأغلفة التقليدية إلى تشكيل وتشغيل ولحامات متعددة. أما التصميم الجديد فيدمج منفذ المعالجة في الغلاف نفسه، وهو ما يزيل لحاماً يعد نقطة فشل شائعة، وفق تقرير أوك ريدج المنشور في 24 أغسطس.
كيف يتحول القالب البلاستيكي إلى غلاف من النيكل؟
يطبع المهندسون أولاً قالباً بوليمرياً بالشكل المطلوب. ثم تغمره شركة A.J. Tuck في حمام نيكل وتستخدم التيار الكهربائي لبناء طبقة معدنية منتظمة بسماكة تقارب 2 إلى 3 مليمترات.
يذيب الحمض القالب من الداخل، فيبقى غلاف نيكل أجوف. بعد ذلك يملأ الفريق الغلاف بمسحوق معدني ويغلقه ويطبّق الحرارة والضغط لتكوين جسم صلب. ويختلف ذلك عن طريقة دمج مسحوق الحديد بأداة احتكاك دوارة، لأن الطابعة هنا تصنع قالباً مؤقتاً لا القطعة النهائية.
ما الذي قد يتغير في المصنع؟
يتبع الترسيب الكهربائي التفاصيل الدقيقة للقالب من دون الحاجة إلى طباعة الغلاف كله من المعدن عند حرارة شديدة. ويرى مختبر أوك ريدج أن ذلك قد يخفض كلفة المعدات والمواد، ويسرع تعديل التصميم، ويسمح بمعالجة عدة أغلفة في دفعة واحدة.
تطوّر هذه التجربة عملاً سابقاً على حاويات معدنية مطبوعة لعمليات الضغط العالي، لكنها تستبدل الطباعة المعدنية بقالب بلاستيكي وطبقة نيكل مترسبة. ويتقاطع هذا الاهتمام بقابلية التصنيع مع تغطية نيوتقنية لتصاميم اختبرت بقيود الطباعة الفعلية.
قبل أن نبالغ في النتيجة
- المعلن هو خمس حاويات أسطوانية وقطعة نيكل واحدة، وليس صمام مفاعل معتمداً أو وعاء ضغط جاهزاً للخدمة.
- لم ينشر الفريق مقارنة صناعية مباشرة للكلفة أو زمن الإنتاج أو معدل العيوب مع الطرق التقليدية.
- أوك ريدج وA.J. Tuck شريكان في المشروع، ولم تُعلن إعادة مستقلة للتجربة.
ما هي الخطوة التالية؟
ستنتقل المرحلة الثانية إلى دافع أو صمام أكثر تعقيداً ومرتبطاً بأنظمة الطاقة النووية. سيختبر ذلك قدرة طبقة النيكل على الاحتفاظ بسماكة متجانسة حول المنحنيات والمنافذ والتفاصيل الدقيقة.
وقع الطرفان اتفاقية ترخيص وقدما إفصاح اختراع وطلب براءة مؤقتاً. لكن استخدام الطريقة في مكوّن نووي فعلي سيظل محتاجاً إلى اختبارات مواد وفحوص جودة واعتماد خاص بكل قطعة.
الخلاصة
لم تطبع الآلة قطعة مفاعل كاملة. صنعت الطابعة شكلاً بلاستيكياً قابلاً للإزالة، وحوله الترسيب الكهربائي إلى غلاف نيكل محكم، ثم صنع الضغط الحراري الجسم المعدني الصلب. الاختبار الحاسم الآن هو نجاح السلسلة نفسها مع شكل معقد ومكوّن ذي متطلبات أمان صارمة.
كيانات وموضوعات موثّقة
المصادر والمراجع4 مصادر
المراجع الخارجية المستخدمة لدعم المعلومات الواردة في هذا المقال.
نشر بواسطة
مكتب نيو تقنية – الطاقة
فريق تحريري مؤسسي تابع لنيو تقنية
