Le laboratoire national d'Oak Ridge des États-Unis fait progresser la fabrication et la certification de composants nucléaires imprimés en 3D

Le laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) des États-Unis, en collaboration avec des partenaires industriels, fait progresser l'application de technologies de fabrication avancées, notamment l'impression 3D lourde, la fabrication automatisée pilotée par l'intelligence artificielle et les méthodes de qualification numérique, afin de répondre aux problèmes d'instabilité de la chaîne d'approvisionnement industrielle américaine, de pénurie de main-d'œuvre qualifiée et de délais de livraison excessivement longs pour les grands composants sur mesure.

Dans une installation de fabrication avancée située dans le Tennessee, l'ORNL a présenté deux cas de fabrication par impression 3D de grande dimension destinés au domaine nucléaire. Parmi ceux-ci, un système robotique à trois bras nommé MedUSA, en guidant de l'acier en fusion, a imprimé une cuve de réacteur nucléaire en acier d'environ 3 pieds sur 5 pieds, dotée d'une géométrie complexe en forme de dôme. Les chercheurs indiquent que ce projet vise à valider la faisabilité de la fabrication additive de grands composants métalliques pour l'énergie nucléaire. Les cuves de réacteur traditionnelles dépendent généralement de procédés de forgeage et de soudage de grande dimension, mais les capacités nationales correspondantes sont limitées et les cycles de production sont longs.

L'autre réalisation présentée est un modèle de limiteur d'impact imprimé par l'ORNL en collaboration avec l'Université du Maine. Ce modèle, d'environ 12 pieds de hauteur, est fabriqué à partir de matériaux plastiques à haute résistance tels que des polymères de fibres de verre, et sert à protéger les conteneurs de transport de combustible nucléaire irradié pendant le transport. Par rapport aux structures en bois traditionnelles, ce projet vise principalement à explorer le potentiel d'application de matériaux alternatifs dans les composants de protection pour le transport de combustible nucléaire.

Lors de la journée de l'innovation en matériaux et fabrication organisée à l'ORNL, plus de 350 représentants de l'industrie ont participé aux discussions, les thèmes portant principalement sur la manière d'accélérer le passage des technologies de fabrication avancées du laboratoire à l'usine. Les participants estiment qu'une chaîne d'approvisionnement plus résiliente, l'application de matériaux alternatifs, des processus de certification de pièces plus rapides, ainsi que la combinaison de l'intelligence artificielle, de la robotique et de l'ingénierie numérique avec le secteur manufacturier, auront un impact direct sur la capacité d'approvisionnement en composants dans les domaines de l'énergie et des infrastructures.

Ryan Dehoff, directeur de l'installation de démonstration de fabrication (MDF) de l'ORNL, a déclaré que le laboratoire souhaite écouter pleinement les avis de l'industrie afin d'orienter ses recherches et de s'assurer que les travaux pertinents ont une valeur réelle pour les fabricants américains, tout en tenant compte des conditions de chaîne d'approvisionnement nécessaires à la commercialisation des nouvelles technologies.

Cependant, les participants ont également souligné que la fabrication des composants n'est que la première étape, et que l'obtention de la certification nécessaire à l'application réelle reste un goulot d'étranglement majeur. Pour raccourcir ce processus, l'ORNL a annoncé qu'il mènerait des recherches conjointes avec le laboratoire national de l'Idaho afin de promouvoir l'unification des méthodes de qualification numérique entre différentes installations. Les chercheurs prévoient d'utiliser des capteurs en temps réel, l'apprentissage automatique et des algorithmes de suivi des défauts pendant le processus de fabrication pour fournir aux autorités de réglementation les données nécessaires à la certification des composants nucléaires et énergétiques imprimés en 3D, avec pour objectif de réduire le cycle de préparation des données de certification de plusieurs années à quelques mois.

Selon les informations fournies, l'ORNL a également signé de nouveaux accords de coopération avec des entreprises du secteur de l'énergie telles que SLB et Kairos Power, afin de promouvoir la transformation des résultats de recherche du laboratoire en outils d'ingénierie utilisables par les fabricants. Les travaux concernés montrent que les États-Unis cherchent à renforcer leurs capacités nationales de fabrication de grands composants pour l'énergie et le nucléaire grâce aux technologies de fabrication avancées.