Što 3D printanje može ponuditi energetskim tvrtkama

Stručnjaci se slažu da su manji ugljični otisak i veća učinkovitost opipljive prednosti najnovijih dostignuća na području proizvodnje pomoću 3D printanja. Kao velike prednosti također se navode sloboda u dizajnu, mogućnost povećanja složenosti i agilnost proizvodnih procesa. Međutim, postoje i tehnička ograničenja. Ona uključuju veličinu strojeva i vrstu materijala, osobito kada treba koristiti legure posebnih značajki, poput onih za dijelove plinskih turbina. Nadalje, postoji i ograničenje vezano uz isplativost poslovnog modela 3D printanja u širokoj komercijalnoj primjeni jer je za to nužno provesti daljnja poboljšanja produktivnosti i povećati robusnost strojeva. 

Da bi se posve iskoristile mogućnosti 3D printanja u industriji, u postojeće procese konstruiranja i izrade proizvoda moraju se unijeti složenost, materijali i strukturne konstrukcije koji su specifični za 3D printanje. Za potpuni komercijalni uspjeh te tehnologije ključno je osigurati visoku razinu ponovljivosti i pouzdanosti procesa izrade proizvoda. Mnogi očekuju da će se ti zahtjevi ispuniti većim opsegom proizvodnje i potrošnje tako izrađenih proizvoda, uz poboljšanu produktivnost i snižavanje proizvodnih troškova. 

Interes raznolikih industrija, a između ostaloga i energetike, za tu naprednu tehnologiju u posljednje je vrijeme porastao zbog tehničkog napretka koji omogućava moderniziranje proizvodnje zamjenskih dijelova u jednostavnijim strojevima, ali i složenih dijelova nuklearnih reaktora. Taj tehnički napredak koji povećava tehnološku učinkovitost i sposobnost brzo su usvojili proizvođači i operateri plinskih turbina i vjetroturbina. Sada se tome priključuju i proizvođači dijelova za nuklearne elektrane. Štoviše, neki proizvođači nuklearne opreme se nadaju da će im 3D printanje pomoći u pojednostavljenju izgradnje malih modularnih i naprednih reaktora. Potencijalne uštede u lancu opskrbe očekuju i operateri nuklearnih elektrana. Naime, 3D printanje omogućit će dobavu dijelova čiji dobavljači više ne posluju ili im isporuka predugo traje ili je kvaliteta tih dijelova upitna. 

U tvrtki Siemens Energy tehnologija 3D printanja već je uključena u postojeći lanac proizvodnje, od konstruiranja i simulacija do primjene. Trenutačno se ona koristi za nove proizvode i za popravke starije opreme za čiju se proizvodnju ona počela koristiti još devedesetih godina prošlog stoljeća. Na primjer, ona se sada koristi i za održavanje i popravke plinskih turbina i vrhova lopatica vjetroturbina. U tvrtki stoga očekuju da će se u budućem istraživanju i razvoju 3D printanje sve više koristiti za proizvodnju složenih metalno-organskih spremnika vodika i elektroda za elektrolizu vode za proizvodnju vodika. Uz to, tvrtka u sljedećih pet godina planira povećati udio 3D printanih dijelova u plinskim turbinama s dva na 20%. No, zato će trebati još preinaka u organizaciji postojećih radnih procesa. 

Posebno je zanimljivo što 3D printanje sve više nalazi mjesto i u najzahtjevnijem dijelu energetike, u nuklearnoj tehnici. Na primjer, na reaktoru br. 2 u NE Browns Ferry u Sjedinjenim Američkim Državama u proljeće ove godine instalirana su tijekom redovnog remonta četiri pričvršćivača kanala za usmjeravanje protoka rashladne tekućine za gorivo u reaktoru. Riječ je o prvim sigurnosnim dijelovima opreme reaktora nuklearnih elektrana koji su izrađeni na taj način. Ti su dijelovi izrađeni od nehrđajućeg čelika u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge. Planira se da u funkciji budu idućih šest godina, tijekom čega će biti redovito pregledavani. 

Osim toga, u SAD-u se provodi i državni program za istraživanje i razvoj tehnologija za napredne nuklearne reaktore koji bi se proizvodili pomoću 3D printanja i umjetne inteligencije. Među ciljevima tog programa su snižavanje troškova, ubrzanje primjene, modernizacija proizvodnje i razvoj materijala i računalnih programa vezanih za nuklearnu tehniku. U sklopu programa se ističe i izrada mikroreaktora koji će koristiti 3D printanu jezgru, napredne materijale i integrirane osjetnike i kontrole, a čija je demonstracija najavljena za 2024. godinu. Francuski proizvođač nuklearnih dijelova i goriva Framatome od 2015. godine radi na uvođenju 3D printanja za opremu vezanu za nuklearno gorivo, filtre i druge namjene. Napori tvrtke usmjereni su na dijelove od nehrđajućeg čelika i legura na osnovi nikla. 

Američka tvrtka Westinghouse također je počela koristiti tu tehnologiju. U proljeće prošle godine američka energetska tvrtka Exelon instalirala je Westinghouseov uređaj za spajanje naprstaka u NE Byron 1. Riječ je o uređaju koji se koristi za držanje nuklearnog goriva dok se spušta u jezgru reaktora. Exelon je već koristio i tehniku hladnog spreja na primarnim separatorima vlage kako bi smanjio koroziju i ističe da hladni sprej obećava uspješnu primjenu za popravke u postrojenju. 

U Velikoj Britaniji tvrtka Rolls Royce također radi na prelasku na 3D printanje u proizvodnji posuda za nuklearna postrojenja. Tvrtka navodi da bi njezini napori mogli sniziti troškove proizvodnje i skratiti vrijeme isporuke, uspostaviti alternativni lanac opskrbe, poboljšati kvalitetu materijala i smanjiti inspekcije tijekom rada. Francuski energetski div Engie još je 2019. godine u jednoj od svojih nuklearnih elektrana instalirao prvi ventil proizveden 3D printanjem, ali za razliku od ranije spomenutih elemenata, nije se radilo o sigurnosnom dijelu opreme. Tvrtka sada surađuje s tijelima Europske unije u okviru programa Nuklearne komponente temeljene na aditivnoj proizvodnji (NUCOBAM) s ciljem uspostave metodologije kvalifikacije za komponente proizvedene 3D printanjem. Očekuje se da će rezultati tog programa koristiti profitabilnosti nuklearne tehnike i poboljšati sigurnost zahvaljujući optimiranoj konstrukciji elemenata.