Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) Hoa Kỳ, đạt được bước đột phá lớn khi thử nghiệm thành công hai viên nang thép không gỉ được in 3D, còn gọi là sản xuất bồi đắp,  bên trong lò phản ứng hạt nhân.

Các viên nang, làm từ loại thép không gỉ đặc biệt gọi là 316H, tạo ra bằng quy trình in 3D dựa trên laser tại cơ sở của phòng thí nghiệm. Loại thép này được chọn vì nó có thể chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và bức xạ, được tin cậy cho các ứng dụng hạt nhân.

Thí nghiệm được thực hiện tại lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (HFIR) của ORNL, một trong những lò phản ứng nghiên cứu mạnh nhất thế giới. Bản thân viên nang đóng vai trò như lớp bảo vệ, giữ an toàn cho cả thí nghiệm và lò phản ứng.

Các viên nang thép này đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu hạt nhân. Chúng được thiết kế để lưu trữ mẫu an toàn trong các thí nghiệm chiếu xạ, giúp các nhà nghiên cứu hiểu được cách các vật liệu khác nhau phản ứng trong điều kiện khắc nghiệt bên trong lò phản ứng.

Sau khi viên nang được in và lắp ráp, chúng được nhóm kỹ thuật của ORNL đưa vào lò phản ứng. Sau một tháng nằm trong môi trường neutron cường độ cao của lò phản ứng, các viên nang được lấy ra mà không hư hại gì. Thành công này cho thấy các bộ phận in 3D có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt của lò phản ứng hạt nhân.

Thành tựu này có thể thay đổi cách thức chế tạo các linh kiện hạt nhân trong tương lai. Nếu in 3D trở thành một trong những phương pháp sản xuất tiêu chuẩn, nó có thể tăng tốc độ sản xuất, cắt giảm chi phí và giúp việc tạo ra các bộ phận tùy chỉnh cho lò phản ứng trở nên dễ dàng hơn.

Hiện tại, việc thiết kế và sản xuất các viên nang này bằng các phương pháp truyền thống tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc. Công nghệ sản xuất bồi đắp có thể đơn giản hóa quy trình, giúp các nhà nghiên cứu thử nghiệm vật liệu và nhiên liệu mới nhanh hơn, hiệu quả hơn.

Dự án này được hỗ trợ bởi Văn phòng năng lượng hạt nhân thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ thông qua chương trình công nghệ sản xuất và vật liệu tiên tiến. Dự án cũng phản ánh các mục tiêu rộng hơn của Văn phòng khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nơi tài trợ cho các nghiên cứu nhằm giải quyết các vấn đề khoa học và kỹ thuật cấp bách hiện nay.

Trong tương lai, sự thành công của các viên nang in 3D này có thể dẫn đến việc sử dụng nhiều linh kiện in hơn trong lò phản ứng hạt nhân, giúp công nghệ này hoàn thiện hơn, giá cả phải chăng và dễ thích ứng hơn bao giờ hết.