NÜKLEER / BÜYÜK ÖLÇEKLİ METAL AM
MedUSA adlı üç kollu wire arc additive manufacturing sistemi, nükleer uygulamalara uygun çelik alaşımdan yaklaşık 0,9 × 1,5 metre boyutlarında kapalı bir demonstrasyon basınç kabı üretti. Oak Ridge ve Idaho ulusal laboratuvarları şimdi baskı sırasında toplanan verilerle şekil ve malzeme özelliklerini doğrulayarak üretim ile yeterlilik sürecini aynı dijital zincirde hızlandırmayı hedefliyor.
Oak Ridge National Laboratory ile Idaho National Laboratory arasındaki iş birliği 19 Ağustos’ta ORNL’nin Materials and Manufacturing Innovation Days etkinliğinde açıklandı; teknik program 21 Ağustos’ta kamuoyuyla paylaşıldı. Çalışmanın odağında, nükleer ve enerji tesislerinde yüksek basınç ve sıcaklık altında çalışan büyük metal basınç kaplarının yerli üretim kapasitesini genişletmek bulunuyor.
Bu parçalar geleneksel olarak büyük dövme ürünlerden ve yoğun kaynak–ısıl işlem zincirlerinden üretiliyor. Uygun dövme kapasitesinin sınırlı olması, yeni nükleer projelerin hızlandığı bir dönemde tedarik sürelerini ve maliyeti etkileyebiliyor. Wire arc additive manufacturing, metal teli elektrik arkıyla eritip katmanlar halinde biriktirerek büyük parçaları kalıpsız üretme olanağı sağlıyor.
MedUSA üç robot kolunu aynı parçada koordine ediyor
ORNL Manufacturing Demonstration Facility araştırmacıları temmuz ayında yaklaşık 3 × 5 feet, yani 0,9 × 1,5 metre ölçülerinde küçük ölçekli bir nükleer basınç kabı üretti. Kap, nükleer uygulamalarla ilgili bir çelik alaşımdan basıldı ve kubbeli, kapalı bir geometrinin büyük ölçekli WAAM ile oluşturulabildiğini gösterdi.
Üretimde kullanılan MedUSA platformu üç koordineli robot koluna sahip. Robotlar tel beslemeli ark kaynak kafalarını aynı yapı üzerinde yöneterek karmaşık ve geniş parçaların farklı bölgelerinde çalışabiliyor. Çok kollu yaklaşım, tek robotun erişim ve yığma hızı sınırlarını aşmayı; katmanlar arasındaki ısı dağılımını daha kontrollü yönetmeyi hedefliyor.
Basınç kabı çalışması doğrudan bir reaktöre takılmaya hazır, sertifikalı ürün anlamına gelmiyor. Demonstrasyon; kapalı geometri, ölçek ve uygun alaşımın üretilebildiğini doğrulayan erken bir aşama. Nükleer kullanım için malzeme mikroyapısı, kalıntı gerilmeler, yorulma, sürünme, kaynak kusurları ve uzun dönem ışınlama davranışı gibi özelliklerin ayrıca değerlendirilmesi gerekiyor.
Hedef, parçayı baskı sırasında yeterli hale getirmek
ORNL ekibi, yapay zeka destekli dijital araçların baskı sırasında kabın şeklini ve malzeme özelliklerini doğrulayıp doğrulayamayacağını araştırıyor. Patxi Fernandez-Zelaia’nın tanımladığı “born-qualified” yaklaşımında, yeterlilik yalnızca parçanın sonunda yapılan testlere dayanmıyor; üretim sırasında toplanan sıcaklık, geometri, biriktirme ve proses verileri parçanın hizmete uygunluğuna ilişkin kanıtın bir parçası oluyor.
Bu yaklaşım geleneksel muayeneyi ortadan kaldırmıyor. Hedef, son aşamadaki tahribatsız muayene ve numune testlerini üretim verisiyle desteklemek; sapmaları katmanlar ilerlerken görmek ve kabul sürecinde kullanılabilecek izlenebilir bir dijital kayıt oluşturmak. Büyük bir kabın ancak üretim tamamlandıktan sonra uygunsuz bulunması halinde kaybedilecek malzeme ve zaman düşünüldüğünde, erken tespit ekonomik açıdan da önemli.
ORNL üretimi, INL nükleer yeterlilik bilgisini birleştiriyor
İş birliğinde ORNL büyük ölçekli katmanlı imalat, proses izleme ve basılı parçaların karakterizasyonu konusundaki altyapısını sağlıyor. INL ise nükleer malzemelerin zorlu ortamlardaki uzun dönem performansı, reaktör bileşenlerinin test ve yeterlilik gereksinimleri, dijital mühendislik ve yapay zeka alanındaki deneyimini programa taşıyor.
Programın erken uygulamalarından biri Antares Nuclear’ın R1 Mark-0 mikroreaktörü için üretilen nötron sensörü braketleri oldu. ORNL aynı MedUSA sistemi ve malzemeyi kullanarak parçaları yapay zeka destekli bir üretim akışında hazırladı. Mark-0, Haziran 2026’da Idaho National Laboratory sahasında sıfır güçte ilk kritiklik gösterimini tamamladı.
Büyük metal parçalarda dijital tedarik zinciri
Basınç kaplarının WAAM ile üretilmesi, yalnızca baskı hızına dayanan bir değişim değil. Dövme kalıbı ve uzun tedarik zinciri yerine doğrulanmış bir dijital model, tel hammaddesi, proses reçetesi ve sensör kaydıyla üretim yapılması hedefleniyor. Bunun ticari hale gelebilmesi için malzeme spesifikasyonları, tasarım kodları ve düzenleyici kabul yöntemlerinin katmanlı üretim verisini kapsaması gerekecek.
ORNL ve INL, yöntemin nükleer reaktör bileşenlerinin ötesinde kimya, petrol ve gaz, savunma ve havacılık gibi büyük metal yapılar kullanan sektörlere de uygulanabileceğini belirtiyor. İlk demonstrasyon, MedUSA’nın karmaşık kapalı geometriyi oluşturabildiğini gösterdi; sonraki aşama aynı parçanın özelliklerini üretim sırasında ölçmek ve bu veriyi güvenilir bir yeterlilik kanıtına dönüştürmek olacak.