3D baskılı HIP kapları, karmaşık nükleer bileşenlerin üretiminde kaynak ve takım bağımlılığını azaltabilecek yeni bir hibrit prosesle geliştirildi. Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ile A.J. Tuck Company, 3D baskılı polimer form üzerine elektroforming ile metal kabuk oluşturan ve ardından sıcak izostatik preslemeye hazırlayan yöntemin ilk fazında beş sızdırmaz kap üretti.
ABD Enerji Bakanlığına bağlı ORNL’nin 24 Ağustos 2026’da açıkladığı çalışma, powder metallurgy hot isostatic pressing (PM-HIP) için kullanılan kapların üretimini sadeleştirmeyi hedefliyor. HIP prosesinde metal tozu sızdırmaz bir konteyner içine dolduruluyor; yüksek sıcaklık ve eş yönlü gaz basıncı altında gözenekler kapanırken toz tam yoğun bir metal bileşene dönüşüyor. Ancak tozu çevreleyen kabın karmaşık geometriye uygun, boyutsal olarak kararlı ve tamamen sızdırmaz olması gerekiyor.
Beş adımlı hibrit üretim zinciri
Yeni yöntemin ilk adımında nihai parçanın geometrisini tanımlayan polimer bir mandrel veya form katmanlı imalatla üretiliyor. Form daha sonra elektrolit banyosuna alınıyor. Elektroforming sırasında elektrik akımı, formun yüzeyinde yaklaşık 2–3 milimetre kalınlığında, yoğun ve geometrinin ayrıntılarını takip eden bir nikel kabuk büyütüyor.
Metal kaplama tamamlandığında polimer form asitle çözündürülüyor ve geride içi boş metal kap kalıyor. Kap metal tozuyla doldurulup sızdırmaz biçimde kapatılıyor; son aşamada HIP ünitesinde sıcaklık ve basınç uygulanarak toz tam yoğun parçaya dönüştürülüyor. Böylece 3D baskının geometrik esnekliği, elektroforming’in düşük gözeneklilik ve hassas yüzey kopyalama kabiliyetiyle birleştiriliyor.
ORNL araştırmacıları ilk fazda 6 inç yüksekliğinde ve 4 inç çapında beş silindirik HIP kabını sızıntısız biçimde üretti. Proses ayrıca, normalde sonradan kaynaklanan işlem tüplerini kabın geometrisine entegre eden bir port tasarımı içeriyor. Kaynaklı tüp bağlantıları HIP çevriminde olası kaçak noktaları olduğundan, bu adım hem imalatı sadeleştirme hem de proses güvenilirliğini artırma potansiyeli taşıyor.
15,7 librelik yoğun nikel demonstratör
İlk fazın sonunda üretilen kaplardan biri kullanılarak 15,7 libre, yaklaşık 7,1 kilogram ağırlığında tam yoğun bir nikel bileşen elde edildi. A.J. Tuck elektroforming ve metal işleme uzmanlığını, ORNL ise tasarım, katmanlı imalat ve PM-HIP geliştirme altyapısını projeye taşıdı. Çalışma bir ortak araştırma ve geliştirme anlaşması ile devamındaki lisans anlaşmasına dayanıyor; buluş bildirimi ve geçici patent başvurusu da yapıldı.
Polimer form kullanılması, metal mandrelin doğrudan yüksek sıcaklıklı bir AM prosesiyle üretilmesine kıyasla malzeme gerilimini ve distorsiyon riskini azaltıyor. ORNL, yöntemin daha düşük ekipman ve malzeme maliyeti, hızlı tasarım değişikliği ve daha az son işlem avantajı sunduğunu belirtiyor. Elektroforming süresinin esas olarak parçanın genel boyutundan çok hedeflenen kabuk kalınlığına bağlı olması, çoklu parçaların aynı banyoda işlenmesi için de ölçeklenebilirlik sağlıyor.
Nükleer üretimde tedarik zinciri hedefi
Gelişmiş ve küçük modüler reaktörler; basınç kapları, valfler, pompa ve türbin sistemleri gibi büyük, yüksek hassasiyetli metal bileşenlere ihtiyaç duyuyor. Geleneksel dövme ve döküm rotaları büyük tesisler, özel takımlar ve uzun tedarik süreleri gerektirebiliyor. ORNL, ABD’deki sınırlı dövme kapasitesinin nükleer bileşenlerin yerli üretimi açısından darboğaz oluşturduğuna dikkat çekiyor.
Yeni teknik doğrudan nihai nükleer parçayı polimerden basmıyor. Katmanlı imalat, HIP sırasında kullanılacak sızdırmaz metal kabın geometrisini oluşturmak için geçici bir üretim aracı görevi görüyor. Bu ayrım önemli: nihai mekanik özellikler, kabın içindeki metal tozunun HIP ile yoğunlaştırılması sonucunda elde ediliyor.
Projenin devam eden ikinci fazında ekip, yöntemi daha karmaşık bir geometriye uygulayacak. Hedeflerden biri pompa ve türbinlerde akışkan hareketini sağlayan bir impeller; diğeri ise nükleer enerji sistemleriyle ilişkili bir valf geometrisi. Bu çalışmalar, yöntemin silindirik demonstratörden gerçek endüstriyel bileşenlere geçiş kabiliyetini gösterecek.
ORNL’nin daha önce MedUSA WAAM sistemiyle nükleer basınç kaplarına yönelik çalışması, büyük metal yapıların doğrudan baskısına odaklanıyordu. Yeni elektroforming yaklaşımı ise PM-HIP için karmaşık ve sızdırmaz kapların üretimini hedefleyen farklı bir rota sunuyor. İki program birlikte değerlendirildiğinde, katmanlı imalatın nükleer üretimde tek bir prosesten ziyade tasarım, takım ve nihai parça zincirinin farklı aşamalarına yerleştiği görülüyor.
3D baskılı HIP kapları için sonraki aşama
3D baskılı HIP kapları ikinci fazda impeller ve valf gibi daha karmaşık geometriler üzerinde sınanacak. Bu testler; elektroform kabuğun kalınlık dağılımını, portların sızdırmazlığını ve HIP çevrimi sonrasında elde edilen parçanın boyutsal doğruluğunu gösterecek. Başarı, yöntemin nükleer tedarik zincirindeki gerçek üretim senaryolarına aktarılabilmesi için belirleyici olacak.