3D-utskrivna reservdelar i kärnkraftverk

3D-utskrivna reservdelar i kärnkraftverk

Bilden visar den utslitna impellern, den prototyp man började med att tillverka och längst till höger den färdiga reservdelen som nu sitter i en brandvattenpump i Krško.

Siemens i Finspång har tillverkat en 3D-utskriven komponent som nu är installerad på Krško i Slovenien. Det är första gången en komponent tillverkad på det här sättet fått godkänt att användas i en reaktor i drift.

Tillgången på reservdelar till reaktorerna från 1970- och 80-talen har länge varit en viktig fråga för underhållsavdelningarna på kärnkraftverken. Delarna som sitter i kraftverken tillverkas ofta inte längre. I en del fall finns inte heller tillverkaren kvar. Valet står då emellan att bygga om anläggningarna, och byta ut hela grupper av utrustning, eller att specialtillverka komponenter. Båda strategierna riskerar att bli mycket kostsamma.

Mot den bakgrunden är det intressant att Siemens i Finspång har tillverkat en 3D-utskriven impeller till en brandvattenpump vid Krško i Slovenien. Det här är första gången en 3D-utskriven reservdel har godkänts och installerats i en kommersiell reaktor. Impellern sitter på plats sedan i januari och fungerar som avsett. Siemens menar att provningen som föregick installationen visade att den nya impellern har bättre materialegenskaper än den ursprungliga som suttit i anläggningen sedan 1981.

Verkstaden i Finspång för additiv tillverkning, eller 3D-utskrifter, invigdes i början av 2016. Verkstaden, som har runt 20 anställda, innebar en investering om runt 200 miljoner kronor. Tidigare har man också lyckats skriva ut fungerande blad till gasturbiner. Det anses vara ett viktigt genombrott med tanke på den tuffa miljö bladen utsätts för. 3D-tekniken ger nya möjligheter att optimera utformningen av turbinbladen och därmed höja verkningsgraden på turbinerna.

3D-utskrivna komponenter har börjat hålla hög kvalitet vilket gasturbinbladen visar. I många fall är de fullt jämförbara med komponenter tillverkade med andra mer traditionella metoder. Även i andra branscher med stränga krav på materialegenskaper och verifierande provning har additiv tillverkning av komponenter börjat användas. Ett exempel är att Norsk Titanium fått en beställning från Boeing på 3D-utskrivna komponenter som ska sitta i Dreamliner-planen. Beställningen har blivit möjlig sedan den amerikanska luftfartsmyndigheten för första gången godkänt 3D-utskrivna komponenter för användning i ett trafikflygplan. Boeing räknar tack vare den nya tekniken med en besparing om motsvarande 23 miljoner kronor per flygplan.

Även Westinghouse arbetar med 3D-utskrivna komponenter. Man har i försök visat att man kan halvera kostnaderna och korta tillverkningstiden med tre fjärdedelar när man nytillverkar reservdelar till gamla motorer. Både Westinghouse och GE Hitachi deltar i utvecklingsprogram som finansieras av det amerikanska energidepartementet Department of Energy där målet är att ta fram nya tillverkningsmetoder för att förse existerande reaktorer med reservdelar.

Förutom den faktiska kvaliteten i komponenter tillverkade med nya metoder finns en utmaning i branschens arbetssätt. De regelverk och standarder som styr vilka komponenter som kan installeras i reaktorerna utgår ofta ifrån hur man tillverkade komponenterna på 60- och 70-talen. Då dominerades komponenttillverkningen av stora tillverkare som höll ihop och hade kontroll över hela produktionskedjan från konstruktion till installation och slutprovning. Tillverkningsmetoderna var vid den tiden givetvis också de traditionella. Idag ser organisationen av produktionen annorlunda ut. Det är vanligt att flera företag är inblandade i en produktionskedja och helt nya tillverkningsmetoder finns att tillgå.

Kärnkraftens kontrollprogram utgår till stor del från de gamla sätten att tillverka med och också att organisera produktionen. Det gör att branschens metoder för kvalitetskontroll skiljer sig från hur andra branscher arbetar där till exempel certifieringar och breda internationella standarder har en viktigare roll.

Metoderna för kvalitetskontroll bygger på sådant som repeterbarhet i tillverkningen med jämn kvalitet, att materialsammansättningen är homogen och att det går att verifiera materialegenskaperna. Man vill också ha omfattande driftstatistik så att man har en känsla för hur komponenten kommer att bete sig över tid. Vid tillverkning genom 3D-utskrifter saknas flera av grunderna för den här kvalitetskontrollen. Det skulle därför behövas nya sätt att säkerställa kvaliteten i komponenterna för att den här tekniken ska komma till bredare användning inom kärnkraften.