La Instalación de Demostración de Manufactura (MDF) del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía de EE.UU., en colaboración con Kairos Power y Barnard Construction Company, ha dado un paso audaz en la construcción de infraestructura nuclear, desarrollando y validando con éxito plantillas de materiales compuestos poliméricos impresas en 3D a gran escala para fundir estructuras de concreto complejas y de alta precisión, estableciendo un nuevo hito para el futuro desarrollo de la energía nuclear en EE.UU.

Los métodos tradicionales para producir estas estructuras de concreto son técnicamente desafiantes y costosos, mientras que las plantillas impresas en 3D desarrolladas en esta ocasión se están aplicando en la construcción del reactor de demostración de baja potencia Hermes en el campus de Oak Ridge de Kairos Power. Entre ellas, el modelo impreso en 3D de la demostración de blindaje Janus es un prototipo para construir partes de las instalaciones del reactor Hermes; cada parte mide aproximadamente 10 pies x 10 pies, apiladas en tres unidades para formar columnas, y parte de los modelos se exhibieron en el seminario de oportunidades nucleares del Consejo Económico de East Tennessee.

El uso de plantillas o moldes impresos en 3D permite diseños estructurales innovadores, lo que representa un gran avance en la construcción de infraestructura. Kairos Power planea aplicar esta tecnología a mayor escala en futuras plantas comerciales de energía. Las plantillas compuestas acortan significativamente el tiempo de producción, permitiendo que la construcción de "fundición in situ" de componentes estructurales complejos tome solo unos días, en comparación con métodos tradicionales de plantillas de acero o madera que son costosos, de baja precisión y toman semanas; este cambio trae un progreso significativo a los métodos de construcción nuclear.

El director de la Instalación de Demostración de Manufactura, Ryan Dehoff, indicó que combinar las capacidades del laboratorio nacional con los planes de MDF para convertir ideas audaces en soluciones viables puede acelerar el desarrollo de nueva energía nuclear comercial. En la última década, MDF ha liderado muchas iniciativas pioneras y ahora se está utilizando para abordar los desafíos de modernización nuclear.

El cofundador y director de tecnología de Kairos Power, Edward Blandford, dijo que desde la fundación de la empresa, han mantenido la colaboración con MDF; MDF actúa rápidamente, piensa de manera creativa y puede entregar resultados transformadores. Al explorar soluciones de sistemas de concreto prefabricado, Kairos Power recibió sugerencias de socios comerciales para discutir con MDF. El enfoque colaborativo de MDF apoya a Kairos Power en el uso de ciclos de aprendizaje rápidos para acelerar el despliegue tecnológico, mejorando métodos, reduciendo riesgos mediante la construcción y prueba previa de moldes de torres y pilares.

Las columnas Janus de Kairos Power muestran elementos de diseño novedosos del blindaje biológico de Hermes, que es una estructura de concreto gruesa construida alrededor del reactor nuclear para absorber radiación y proteger a los trabajadores.

El proyecto cuenta con el apoyo de múltiples socios de la industria, incluyendo Airtech, TruDesign, Additive Engineering Solutions y Haddy, que juntos están construyendo una nueva cadena de suministro de infraestructura nuclear empoderada por manufactura aditiva. Barnard Construction Company es responsable de la implementación y ajuste de las plantillas impresas en 3D, proporcionando retroalimentación en tiempo real e integrando cambios de diseño para mejorar la constructibilidad y lograr un despliegue rápido. El responsable del equipo de innovación en materiales compuestos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge indicó que las plantillas deben soportar la enorme presión del concreto pesado, no solo tener precisión geométrica, sino también mantener la integridad estructural bajo alto estrés, lo que rompe los límites de la manufactura aditiva en aplicaciones estructurales.

El proyecto se origina en el plan multianual Moonshot SM2ART, liderado por MDF y la Universidad de Maine, aprovechando las ventajas de ORNL en ciencia de materiales, computación de alto rendimiento e inteligencia artificial, así como las ventajas complementarias de la Universidad de Maine en impresión 3D a gran escala. El proyecto tiene significado nacional; la región de Knoxville-Oak Ridge es el mayor clúster de empresas nucleares del mundo, y el reactor Hermes es el primer reactor avanzado en obtener una licencia de construcción de la Comisión Reguladora Nuclear de EE.UU., sentando las bases para futuras plantas comerciales de Kairos Power y la nueva generación de reactores.

En los próximos 18 meses, el proyecto Moonshot SM2ART continuará apoyando el proyecto de construcción de Kairos Power, expandiéndose a la producción completa de blindaje de radiación y estructuras de envoltura de edificios de reactores, integrando tecnologías de manufactura inteligente, etc. El objetivo de los socios es utilizar materias primas de biocompuestos imprimibles para reducir los costos de materiales en un 75%. El proyecto, al demostrar que la construcción nuclear puede adoptar nuevas prácticas de manufactura, proporciona una visión poderosa para reducir los costos y plazos de futuros reactores.