Las cápsulas de acero impresas en 3D del ORNL superan las pruebas de un reactor nuclear

El Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía ha registrado un nuevo hito en el ámbito de la innovación de componentes nucleares al probar con éxito dos cápsulas experimentales de acero inoxidable impresas en 3D en el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de sus instalaciones. Este éxito supone un paso importante a la hora de demostrar que los componentes producidos mediante la fabricación aditiva pueden adecuarse a los estrictos estándares de seguridad que requieren las aplicaciones nucleares.

Estas cápsulas se utilizan para albergar muestras de materiales durante los experimentos de irradiación, lo que permite a los investigadores comprobar cómo podrían responder esos materiales en un reactor nuclear. Estos componentes se encargan de controlar la presión y actúan como barrera de contención durante las pruebas, por lo que son un elemento fundamental para garantizar la seguridad.

Un equipo del ORNL utilizó un sistema de fusión de lecho de polvo por láser en la fábrica de demostración (MDF) del laboratorio para imprimir en 3D las cápsulas de acero inoxidable 316H. Los científicos están evaluando este tipo de acero porque posee una elevada resistencia a las altas temperaturas, la corrosión y la radiación; muestra un excelente rendimiento en las aplicaciones nucleares, y ofrece la soldabilidad necesaria para poder utilizarlo de forma segura y prolongada en el entorno de los reactores.

A continuación, el equipo se encargó de ensamblar y certificar las cápsulas para que el Grupo de Ingeniería de Irradiación del ORNL procediera a su inserción en el HFIR. Cada cápsula se sometió a un proceso de irradiación en el reactor durante un mes, y todas ellas se extrajeron sin haber sufrido ningún tipo de daño. Esta demostración sentará las bases para continuar la producción de componentes nucleares mediante la fabricación aditiva en el futuro.

«A medida que demostramos la fiabilidad de estos componentes impresos, estamos un paso más cerca de convertir la fabricación aditiva en la tecnología de referencia para producir otras piezas importantes para los reactores», asegura Ryan Dehoff, director de la MDF del ORNL.

El HFIR ofrece uno de los entornos con mayor flujo de neutrones del mundo, lo que permite a los investigadores probar y certificar combustibles y materiales en condiciones similares a las de los reactores nucleares. La fabricación y certificación de cápsulas experimentales para irradiar muestras de combustible y materiales es un proceso largo y costoso que requiere el uso de materiales y diseños personalizados. La impresión 3D podría acelerar el desarrollo de cápsulas experimentales al contribuir a reducir considerablemente el coste y el tiempo que conlleva la producción de estos componentes y, en última instancia, impulsar la innovación en el ámbito de la ciencia y la tecnología nucleares.

«A la comunidad científica especializada en los materiales y los combustibles nucleares se les pide que certifiquen tecnologías avanzadas de reactores que tienen que soportar condiciones extremas. La fabricación aditiva ampliará el conjunto de herramientas que utiliza mi grupo para desarrollar nuevos experimentos que contribuyan a solventar esta necesidad crítica», añade Richard Howard, jefe de grupo de la División de Energía Nuclear y Ciclo del Combustible del ORNL.

Este trabajo ha sido patrocinado por el Programa de Tecnologías de Fabricación y Materiales Avanzados de la Oficina de Energía Nuclear del DOE.