Quali sono le potenziali applicazioni della stampa 3D metallica nel settore energetico futuro?

1. Campo di energia nucleare: la tecnologia "core" rompe i limiti della produzione tradizionale
I componenti nelle centrali nucleari devono essere molto affidabili. Devono essere in grado di esibirsi in situazioni molto difficili, come alte temperature, alte pressioni e potenti radiazioni. Quando si effettuano costruzioni di canali a flusso complessi, i metodi tradizionali hanno problemi con la procedura. Tuttavia,Stampa 3D in metalloLa tecnologia può eseguire lo stampaggio integrato fondendo insieme strati. Ad esempio, la girante di una pompa di liquido di raffreddamento del reattore nucleare realizzato con la tecnologia di fusione del fascio di elettroni (EBM) ha un canale di raffreddamento interno largo solo 2 mm. È difficile realizzare strutture con questo livello di precisione usando metodi di fusione standard. Più fondamentalmente, il miglioramento della struttura della topologia rende più leggero la girante stampata in 3D del 30% rispetto ai progetti standard e aumenta l'efficienza di raffreddamento del 15% alla stessa potenza.
La stampa 3D in metallo sta spingendo lo sviluppo di tubi di rivestimento in lega di zirconio nel ciclo del combustibile nucleare. Ci vogliono diversi passaggi di rotoli e ricottura a freddo per produrre tubi tradizionali in lega di zirconio. Tuttavia, la tecnologia di stampa 3D può rendere immediatamente immediatamente tubi murati - con uno spessore della parete di 0,3 mm, con orientamento a grano regolabile e una migliore resistenza di gonfiore delle radiazioni. Entro il 2030, una particolare compagnia di energia nucleare spera di essere in grado di utilizzare la prima linea di produzione pilota in lega di zirconium in lega 3D al mondo.
2. L'industria dell'idrogeno è uno strumento chiave per risolvere il "triangolo impossibile".
Il business dell'energia di idrogeno si trova contro il "triangolo impossibile" di sicurezza, costo ed efficienza. La tecnologia di stampa 3D in metallo offre una risposta rivoluzionaria modificando i materiali e ottimizzando la struttura. La piastra bipolare è la parte più importante degli elettrolizzatori di membrana di scambio di protoni che producono idrogeno dall'acqua. Il suo design del canale di flusso ha un impatto diretto su come viene realizzato in modo efficiente l'idrogeno. È difficile ottenere la precisione del canale a micrometro - con metodi di stampaggio tradizionali. Ma le piastre bipolari in lega di titanio stampate in 3D possono ridurre la larghezza del canale da 1 mm a 0,2 mm, il che rende l'elettrolisi dell'8% più efficiente. Una nuova società energetica ha tagliato il costo per la produzione di piastre bipolari del 60% utilizzando la tecnologia di stampa 3D. Un singolo serbatoio può ora fare più di 1000 Nm³/h di idrogeno.
La tecnologia di stampa 3D sta rendendo più chiari i serbatoi di accumulo di idrogeno a pressione - a pressione, che è un grande passo avanti nel processo di accumulo dell'idrogeno. Utilizzando il design dell'ottimizzazione della topologia, lo spessore della parete interna metallica dei serbatoi di stoccaggio avvolti in fibra di carbonio può essere tagliato da 8 mm a 5 mm. Ciò mantiene la capacità di pressione dei serbatoi a 70 MPA e aumenta la densità di accumulo dell'idrogeno per unità di massa del 15%. È ancora più impressionante che la tecnologia di stampa 3D possa apportare diversi materiali dall'uno all'altro, tali stampare un rivestimento tantalum sulla parte superiore di una fodera in lega di titanio. Ciò riduce il rischio di idrogeno abbracciato del 90% e estende la vita dei serbatoi di stoccaggio a 20 anni.
3. Energia rinnovabile: cambiare il modo in cui viene realizzata l'attrezzatura di energia pulita
Nel mondo dell'energia eolica, la stampa 3D in metallo si sta sbarazzando del problema di avere cose grandi e luce. Ad esempio, i metodi di forgiatura standard richiedono 120 tonnellate di lingotti d'acciaio per realizzare l'albero principale di una turbina eolica offshore da 15 MW, ma usano solo meno del 40% del materiale. Ma la tecnologia di stampa 3D utilizza una struttura a gradiente cavo che può ridurre il peso dell'albero principale da 45 tonnellate a 28 tonnellate e renderlo 2,3 volte più lungo di 2,3 volte più lungo dei design standard attraverso disposizioni reticolari biomimetiche. L'impianto di stampa 3D SLM in metallo SLM al mondo è stato sviluppato da una compagnia di energia eolica. Una macchina può stampare parti circolari larghe 2,5 metri e la fabbrica può fare parti sufficienti per 500 turbine eoliche ogni anno.
Le scoperte nella tecnologia di stampa 3D aiutano anche il business fotovoltaico. La stampa 3D in metallo può creare modelli di elettrodi su nanoscala nella produzione di cellule di perovskite. Ciò riduce lo spessore della luce - strato di assorbimento da 500 nm a 200nm, che aumenta l'efficienza di conversione delle celle a oltre il 33%. 3 D La tecnologia di stampa può realizzare strutture di celle curve che i metodi tradizionali della fotolitografia non possono, che si aprono nuovi modi per realizzare fotovoltaici integrati (Bipv). Un gruppo di ricercatori ha ideato strumenti personalizzati per la stampa di pellicole sottili di selenide di gallio in rame (CIGS). Ciò riduce il tempo impiegato a stampare un singolo composito cellulare da 72 ore a materiali a 8 ore.
4. Sviluppo geotermico: come entrare nella produzione di password in condizioni difficili
Gli strumenti di perforazione devono essere in grado di resistere a temperature e corrosione molto elevate al fine di generare elettricità geotermica. A 350 gradi, è probabile che i bit tradizionali tradizionali trapani a base di lega si rompono a causa della corrosione da stress nei fluidi geotermici. Tuttavia, la tecnologia di stampa 3D può creare uno strato di rinforzo in lega di molibdeno tungsteno di spessore 0,5 mm sulla superficie della punta del trapano attraverso il design del gradiente di composizione. Ciò aumenta la temperatura di funzionamento a 500 gradi e triplica la durata di servizio. Quando una società di sviluppo geotermico iniziò a utilizzare bit di perforazione stampati in 3D, il costo di scavare un singolo pozzo è sceso da 12 milioni di yuan a 7,5 milioni di yuan e il tempo impiegato per perforare il pozzo è diminuito del 40%.
In Enhanced Geotermal Systems (EGS), la stampa 3D sta contribuendo a costruire una conservazione termica artificiale intelligente. La stampa di una piastra guida con piccoli canali ti consente di regolare esattamente dove scorre l'acqua iniettata nella formazione. Questo lo rende il 25% più efficiente nell'estrazione del calore. Ciò che è ancora più innovativo è che la tecnologia di stampa 3D può realizzare strumenti di completamento dei pozzi intelligenti con sensori che possono tenere traccia dei dati di temperatura e pressione in tempo reale, contribuendo a prendere decisioni su come gestire le risorse geotermiche.