De acordo com pt.wedoany.com-A startup americana NX Atomics firmou uma parceria com a Sciaky, de Chicago, para utilizar a tecnologia de Manufatura Aditiva por Feixe de Elétrons (EBAM) da Sciaky na produção de componentes para seus reatores modulares pequenos (SMR) de alta temperatura. Esta é a primeira aplicação em escala comercial desta tecnologia de impressão 3D de metais pesados no setor de energia nuclear.
A NX Atomics, que se apresentou publicamente em maio deste ano, planeja integrar a tecnologia EBAM da Sciaky em sua linha de produção da plataforma de reatores VELA. O conjunto de reatores VELA visa contornar a rede elétrica tradicional, fornecendo eletricidade de base localizada e calor de processo diretamente para fábricas de indústria pesada e centros de dados de IA, com um custo-alvo inferior a 20 dólares por megawatt-hora.
O VELA utiliza um sistema refrigerado a chumbo, combinado com um núcleo de combustível líquido de metal de alta estabilidade. Este design proporciona segurança passiva inerente, alta eficiência de combustível e elimina o risco de fusão. Este reator de combustível líquido refrigerado a chumbo dissolve o combustível nuclear diretamente na matriz de metal líquido, em vez de encapsular pastilhas de combustível sólido em tubos de revestimento metálico. O núcleo fluido circula diretamente através do vaso do reator e é resfriado por um circuito independente de chumbo fundido. A combinação de combustível de metal líquido com refrigerante de chumbo puro permite que o sistema opere à pressão atmosférica, com segurança baseada em leis físicas naturais, sem risco de explosão de alta pressão ou fusão do núcleo.
O núcleo físico do reator é uma estrutura monolítica, projetada especificamente para ser fabricada através do processo EBAM da Sciaky, evitando assim os longos ciclos de produção de meses da forja e fundição tradicionais de metais. Esta parceria também permite que componentes específicos do reator sejam projetados para substituição periódica, em vez de serviço vitalício. Esta abordagem reduz os custos de capital iniciais e os custos operacionais de longo prazo.
A transição para a manufatura aditiva em larga escala permite que a NX Atomics contorne os longos prazos de entrega e os gargalos de retrabalho impostos pelos processos tradicionais de forja e fundição de metais. O processo EBAM da Sciaky utiliza um canhão de feixe de elétrons móvel totalmente articulado para depositar matéria-prima de arame metálico camada por camada dentro de uma câmara de vácuo. O sistema possui o maior espaço de construção metálica para impressão 3D do mundo, capaz de fabricar componentes de até 19 pés de comprimento, sendo ideal para a produção de grandes peças estruturais. O sistema é naturalmente compatível com ligas de grau nuclear altamente duráveis, como titânio, Inconel, aço inoxidável e tântalo.
"É assim que a fabricação nuclear realmente se parece na era moderna", disse John Warden, CEO da NX Atomics. "A impressão 3D nos permite produzir componentes de grau nuclear mais rapidamente e a um custo menor, substituí-los ao longo do ciclo de vida quando apropriado e reduzir significativamente o custo unitário de cada reator modular pequeno que construímos."
Através da manufatura aditiva, a NX Atomics acredita que pode produzir componentes mais rapidamente e a um custo menor, e projetá-los para serem substituíveis em vez de permanentes quando apropriado, reduzindo assim os custos de capital inicial e operacional de seu conjunto de reatores. Os sistemas EBAM da Sciaky já produziram componentes estruturais de titânio e ligas especiais para clientes como Airbus, Lockheed Martin, Marinha dos EUA e NASA. Nos setores aeroespacial e de defesa, o EBAM e tecnologias aditivas relacionadas evoluíram da fase de protótipo para a produção em escala total na última década.
"A Sciaky construiu, ao longo de mais de oitenta anos, a tecnologia de fabricação de metais da qual dependem as indústrias mais exigentes do mundo", disse John Criso, CEO da Sciaky. "Nosso processo EBAM produz componentes usados em aeronaves comerciais, navios de guerra e em órbita ao redor da Terra. Fazer parceria com a NX Atomics para trazer essa capacidade para a infraestrutura de energia limpa dos EUA é o próximo passo natural, e estamos orgulhosos de que duas empresas do Centro-Oeste estejam liderando essa transformação."
A NX Atomics estabeleceu um cronograma bastante ambicioso. O roteiro de comercialização da plataforma do reator VELA é dividido em quatro fases principais, desde a validação da manufatura aditiva até a implantação no local. Ao aproveitar o processo EBAM da Sciaky, a NX Atomics visa comprimir o ciclo padrão de desenvolvimento nuclear de dez anos para um período mais curto.
A Fase Um (próximos 18 meses) inclui a impressão do primeiro componente de núcleo estrutural em subescala usando o sistema de feixe de elétrons de alta taxa da Sciaky, para validar a integridade estrutural sob vácuo. As estruturas do reator impressas em Inconel e titânio serão submetidas a testes de estresse térmico para simular as condições do sistema refrigerado a chumbo. Dados de fabricação de gêmeos digitais iniciais serão submetidos aos órgãos reguladores nucleares para estabelecer um caminho de licenciamento para fronteiras de contenção impressas em 3D.
A Fase Dois (2 a 3 anos) incluirá a construção de um circuito de teste não nuclear em escala real usando uma arquitetura de componentes modulares. O refrigerante de chumbo líquido não radioativo circulará através da estrutura do núcleo monolítico impresso em temperaturas operacionais para testar o desempenho da fluidodinâmica. O modelo de substituição modular será validado através da troca de componentes impressos após períodos de estresse simulado de alto desgaste.
A Fase Três (meta: 4 a 5 anos) finalizará a base de segurança para a matriz de combustível de metal líquido dentro do vaso impresso pela Sciaky. O primeiro módulo de reator VELA totalmente operacional e pronto para conexão à rede será construído. Serão obtidas aprovações regulatórias locais para implantação fora da rede em locais industriais-alvo.
A Fase Quatro (meta: mais de 6 anos) As primeiras unidades VELA comerciais serão implantadas diretamente ao lado de centros de dados de IA e instalações de manufatura pesada. Uma linha de montagem contínua de impressão 3D será iniciada para fabricar múltiplas estruturas de núcleo VELA simultaneamente. A escala operacional será expandida para atingir a meta de fornecimento de energia de baixo custo para microrredes industriais.
A tecnologia de refrigeração a chumbo enfrenta vários desafios. Os reatores refrigerados a chumbo devem operar em temperaturas de base significativamente mais altas para evitar a solidificação do refrigerante. Nas altas temperaturas exigidas pelo chumbo puro, o metal líquido é altamente corrosivo, dissolvendo agressivamente o níquel e o cromo do aço estrutural padrão. Gerenciar este problema requer um sistema preciso de controle ativo de oxigênio para manter uma camada de óxido protetora na superfície do metal.
A Rússia está construindo o primeiro reator rápido refrigerado a chumbo do mundo, o BREST-OD-300, com previsão de entrada em operação no final da década de 2020. A janela de seis anos prevista pela NX Atomics exige execução absolutamente perfeita, suporte de capital imediato e uma mudança de paradigma no nível regulatório. Mesmo alcançar a Fase Quatro de fornecimento de energia comercial no início da década de 2030 seria considerado uma conquista histórica de engenharia.
O desenvolvimento do BREST não começou recentemente; é o resultado de mais de 30 anos de pesquisa contínua. Para torná-lo viável, a Rússia estabeleceu todo um ecossistema industrial especializado, incluindo a utilização dos reatores experimentais BOR-60 e BN-600 e outras instalações especializadas, ao longo de décadas para validar seu combustível e componentes. O projeto depende de bilhões de dólares em financiamento governamental para seu desenvolvimento.
A NX Atomics está, na prática, apostando que o uso de materiais especiais como tântalo ou Inconel impressos pelo EBAM da Sciaky pode contornar os problemas de corrosão, e que sua estratégia de "componentes descartáveis ou substituíveis" elimina a necessidade de as peças sobreviverem por mais de 30 anos no ambiente de chumbo líquido. Se o capital de risco privado e a manufatura aditiva moderna podem substituir décadas de pesquisa financiada pelo Estado continua a ser uma enorme incerteza.
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