Los trabajadores de la construcción de Barnard vierten concreto en la forma de ABS reforzada con fibra de carbono para producir una de las columnas de Janus de fundición en el lugar. Crédito: Kairos Power
En un paso audaz hacia la transformación de cómo se construye la infraestructura nuclear, la instalación de demostración de fabricación del Departamento de Energía, o MDF, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en asociación con Kairos Power y Barnard Construction, ha desarrollado y validado con éxito y validado a gran escala, a gran escala, los formularios de polímeros imprimidos 3D para producir métodos compuestos complejos y concretos de alta precisión que serían técnicamente desafiantes y cuestionales y cuentan los métodos convencionales. Las formas de concreto se están utilizando en el campus de Oak Ridge de Kairos Power, donde el reactor de demostración de baja potencia de Hermes está actualmente en construcción, un hito para el futuro de la energía nuclear estadounidense.
Las formas impresas en 3D para la demostración de blindaje de Janus son precursores de los que Kairos Power y Barnard emplearán para construir partes de la instalación del reactor Hermes. Cada sección mide aproximadamente 10 pies por 10 pies y tiene tres unidades de altura para crear una columna.
Una parte del formulario de la columna se exhibió en el East Tennessee Economic Council. Taller de oportunidades nuclearesO ahora, del 22 al 23 de julio en el Centro de Convenciones de Knoxville.
Al permitir diseños estructurales innovadores, el uso de formas o moldes impresos en 3D es un salto hacia adelante en la construcción a escala de infraestructura, que Kairos Power tiene la intención de aprovechar a una mayor escala para sus futuras plantas comerciales. El compuesto se forma reduce drásticamente los plazos de producción, lo que permite la construcción “fundido en el lugar” de componentes estructurales complejos con geometrías únicas en días en lugar de semanas. En comparación con los métodos tradicionales que dependen de las formas de acero o madera que pueden ser costosas, imprecisas y que requieren mucho tiempo para construir, este cambio marca un avance significativo en la metodología de construcción nuclear.
“En Ornl, estamos demostrando que el futuro de la construcción nuclear no tiene que parecerse al pasado”, dijo Ryan Dehoff, director de la instalación de demostración de fabricación. “Estamos combinando capacidades nacionales de laboratorio con el legado de MDF de tomar grandes y ambiciosos columpios, lunes que convierten las ideas audaces en soluciones prácticas, para acelerar la nueva energía nuclear comercial”.
Durante la última década, MDF ha llevado a los principales esfuerzos de los primeros en su tipo, desde automóviles y casas de impresión 3D hasta la creación de herramientas digitales que califican las piezas en tiempo real. Estos disparos lunares han ayudado a redefinir lo que es posible en la fabricación, y ahora se están aplicando a los desafíos de modernizar la energía nuclear.
“Hemos tenido una relación con MDF desde la formación de Kairos Power”, dijo Edward Blandford, cofundador y director de tecnología de Kairos Power. “Se mueven rápido, piensan creativamente, y han demostrado que pueden ofrecer resultados transformadores cuando la fabricación convencional se quedaría corta”.
Blandford explicó que mientras exploraba opciones para sistemas de concreto prefabricados, Kairos Power recibió una recomendación de un socio comercial para hablar con MDF. “No es frecuente que recibamos consejos de la industria para llamar al Laboratorio Nacional porque se mueven rápidamente”.
El enfoque colaborativo del MDF respalda el enfoque de Kairos Power en el uso de ciclos de aprendizaje rápido para acelerar el despliegue de tecnología.
“Este proyecto encaja directamente en nuestro enfoque de desarrollo iterativo”, dijo Blandford. “Al construir y probar los moldes para las columnas primero, podemos refinar nuestros métodos, participar temprano con los reguladores y reducir el riesgo antes de ampliar el método de construcción para Hermes y las plantas futuras. Esa ha sido una parte central de nuestra estrategia desde el primer día”.
Mirando hacia abajo en la puerta de Janus desde arriba, la forma impresa en 3D es visible al lado de los pilares de concreto dispuestos en un símbolo de radiación. Crédito: Kairos Power
La columna Janus de Kairos Power demuestra un elemento del nuevo diseño de la compañía para el Bioshield Hermes, la espesa estructura de concreto construida alrededor de un reactor nuclear que absorbe la radiación durante la operación, protegiendo a los trabajadores.
El proyecto fue apoyado por múltiples socios de la industria, incluidos AirTech, Trudesign, Adition Engineering Solutions y Haddy, quien estableció colectivamente una nueva cadena de suministro para la infraestructura nuclear habilitada por la fabricación aditiva. Barnard desempeñó un papel clave, implementando y adaptando el formulario impreso en 3D, proporcionando comentarios en tiempo real e incorporando cambios de diseño en la mosca para mejorar la capacidad de construcción y permitir una implementación rápida. Dehoff dijo que el éxito del proyecto surgió de la comunicación entre los socios. “Es un verdadero ejemplo de innovación de laboratorio nacional en acción”, dijo.
Las formas tenían que soportar la tremenda presión ejercida por el concreto pesado que fueron diseñados para dar forma. Ahmed (Arabi) de Ornl, líder grupal para la innovación de los compuestos, dijo que el desafío no era solo la precisión geométrica: los moldes necesarios para mantener su integridad estructural bajo alto estrés. Esto requirió resiliencia mecánica y estrategias innovadoras de diseño e impresión, lo que impulsa los límites de lo que la fabricación aditiva puede lograr para aplicaciones estructurales.
El proyecto ejemplifica cómo se está utilizando la fabricación avanzada para modernizar uno de los sectores de construcción más tradicionales en la infraestructura estadounidense. “Estamos tomando lo mejor de la fabricación aditiva (modularidad, flexibilidad, iteración rápida) y aplicándola a la energía nuclear”, dijo. “Este proyecto muestra que podemos romper los viejos métodos con nuevas tecnologías que reducen las barreras, reducen el riesgo y aceleran los plazos de construcción”.
La colaboración con Kairos Power fue habilitada por una iniciativa de varios años más amplia llamada Proyecto SM2ART Moonshot, dirigido por MDF y la Universidad de Maine. El proyecto aprovecha la combinación única de ORNL de experiencia en ciencias de materiales de clase mundial, recursos de supercomputación e inteligencia artificial, y capacidades de fabricación aditiva de gran formato. La Universidad de Maine aporta fortalezas complementarias en la impresión 3D a gran escala, el desarrollo de la infraestructura estructural y las plataformas de fabricación digital. Junto con Kairos Power, los socios tienen como objetivo eliminar el riesgo y modernizar la construcción nuclear a través de soluciones rápidas, flexibles y rentables.
Este proyecto tiene importancia nacional. La región de Knoxville-Oak Ridge es el centro más grande del mundo de empresas nucleares, y Hermes es el primer reactor avanzado en recibir un permiso de construcción de la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos. Establece las bases para las futuras plantas comerciales de Kairos Power y una nueva generación de reactores que desempeñarán un papel fundamental en el aumento de las demandas de energía estadounidense en las próximas décadas.
Durante los próximos 18 meses, el Proyecto SM2ART Moonshot continuará apoyando las iniciativas de construcción de potencia de Kairos, expandiéndose para incluir la producción a gran escala de formas para el blindaje de radiación y los recintos de construcción de reactores, e integrando técnicas de fabricación inteligente, gemelos digitales y control de calidad basado en datos. Los socios tienen como objetivo usar materias primas biocompuestas imprimibles derivadas de los residuos de madera, dirigiendo una reducción del 75% en el costo de materiales utilizando productos forestales nacionales.
Al demostrar que la construcción nuclear puede adoptar prácticas de fabricación, desde la agilidad de diseño hasta la implementación rápida, el proyecto ofrece una visión convincente para reducir el costo y la línea de tiempo de los reactores futuros.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Cita: la impresión 3D Reshapes Construction para energía nuclear (2025, 24 de julio) Recuperado el 24 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-3d-reshapes-nuclear-energy.html
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