В России разработан первый в стране технический стандарт на 3D-печать ответственных узлов атомного оборудования. Технология прошла испытания в 2025 году.
С 2018 года специалисты «ОКБМ Африкантов» и научно-исследовательского института материалов вели кропотливую работу по применению аддитивных технологий в атомной отрасли. Метод селективного лазерного сплавления металлопорошков (SLM) позволяет создавать сложные изделия, которые крайне трудно создать с помощью традиционной механической обработки. Однако он требовал тщательней проверки для применения в условиях радиации и высокого давления.
От эксперимента к нормативу
Ключевым этапом стала разработка составной детали насоса третьего контура для реакторной установки РИТМ-200 – энергетической основы атомных ледоколов проекта 22220. Деталь «Колесо», напечатанная из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, прошла многократные испытания на прочность, коррозионную стойкость и радиационную устойчивость. В прошлом году все тесты были успешно пройдены, и это позволило оформить полноценный пакет нормативных документов.
Почему важна стандартизация
Без утверждённых нормативов даже самая проверенная деталь не может быть допущена к эксплуатации на АЭС или атомном судне. Раньше каждое напечатанное изделие проходило индивидуальную сертификацию, что могло занимать до года и зачастую делало технологию экономически невыгодной. Теперь инженеры «ОКБМ Африкантов» могут проектировать новые узлы, зная точные требования к пористости материала, остаточным напряжениям и микроструктуре сплава.
Александр Лукоянов - руководитель центра аддитивных технологий в «ОКБМ Африкантов»При использовании аддитивной технологии селективного лазерного сплавления нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т приобретает новые механические и эксплуатационные свойства. Это расширяет область применения материала, повышает надежность и эффективность изделий. Разработка нормативной документации и подтверждение характеристик материала формируют устойчивую техническую и нормативную основу для его дальнейшего промышленного использования в составе оборудования реакторных установок
Новый стандарт охватывает полный цикл производства: от подготовки металлопорошка и калибровки лазерного излучателя до постобработки готовой детали и неразрушающего контроля. Особое внимание уделено воспроизводимости – каждая напечатанная партия должна соответствовать эталонным образцам с отклонением не более пяти микрон. Это крайне важно для узлов, работающих в системах охлаждения реактора, где даже одна микротрещина может привести к серьёзным последствиям.
Проверка на прочность
Реакторные установки РИТМ-200 установлены на атомных ледоколах «Арктика», «Сибирь», «Урал» и строящихся «Якутия», «Чукотка». Эти суда преодолевают льды толщиной до трёх метров в условиях экстремальных температур от минус пятидесяти до плюс сорока градусов. Оборудование здесь подвергается вибрациям, перепадам давления и длительному воздействию морской соли – идеальная среда для проверки надёжности аддитивных деталей.
Успешное применение 3D-печати для изготовления деталей для атомных ледоколов открывает новые возможности для внедрения технологии. Уже рассматриваются варианты изготовления теплообменников для плавучих АЭС «Академик Ломоносов» и деталей для опытно-демонстрационного энергокомплекса в Северске – ключевого элемента проекта «Прорыв» по замкнутому ядерному циклу.
Новые горизонты для материаловедения
Стандарт стал отправной точкой для разработки новых сплавов, специально оптимизированных под аддитивное производство. Учёные института материалов исследуют композиции на основе ниобия и тантала – металлов, добываемых на Соликамском магниевом заводе. Такие сплавы обещают повышенную радиационную стойкость и могут применяться в реакторах следующего поколения.
Особый интерес представляет возможность печати функционально-градиентных материалов – деталей, у которых свойства плавно меняются от одного конца к другому. Например, одна часть теплообменника может быть устойчива к коррозии, а другая – к высокой температуре. Такие решения недоступны при традиционном литье или механической обработке.