L’impact de la fabrication additive sur le transport de combustibles nucléaires

En 2019, Orano Federal Services et l’université de Caroline du Nord à Charlotte s’étaient penchés sur la conception de limiteurs de chocs imprimés en 3D pour des conteneurs servant à transporter du combustible nucléaire usé. Mais les partenaires s’étaient heurtés à plusieurs obstacles. 7 ans après, l’étude est relancée et certaines de ces barrières semblent aujourd’hui levées. Alors, est-il intéressant d’imprimer en 3D ces structures pour le secteur nucléaire ?

Avant toute chose, il faut comprendre pourquoi on cherche à concevoir des limiteurs de chocs d’une autre façon. Traditionnellement, ce sont des structures réalisées en bois de balsa ou de séquoia, voire en aluminium. Le prix de fabrication peut varier entre 250 000 et un million de dollars – ce sont en effet des pièces imposantes qui nécessitent une certaine quantité de matière première.

Quand j’ai appris cela, je me suis tout de suite dit que la fabrication additive pouvait tirer son épingle du jeu en optimisant la quantité de matière utilisée, réduisant alors les coûts. C’est bien ce qui est recherché. Mais comme vous pouvez l’imaginer, ce n’est pas aussi simple.

Quel procédé de fabrication additive choisir pour le nucléaire ?

Un limiteur de chocs est, comme son nom l’indique, une structure qui va permettre de résister à de nombreux tests, contraintes comme des chutes, incendies, des écrasements. C’est une pièce qui fait une certaine taille et possède une contrainte dimensionnelle certaine, de poids également, de limites de température : bref, sa production n’est pas une mince affaire.

En 2019, quand l’étude a démarré, les imprimantes 3D du marché n’étaient pas aussi généreuses en termes de volumes et les chercheurs ont été confrontés à des problèmes de taille. Un obstacle qui n’est plus autant d’actualité aujourd’hui.

Deux technologies ont été identifiées pour imprimer en 3D les limiteurs : le dépôt de matière fondue et la fusion laser sur lit de poudre (plus spécifiquement une machine Nikon SLM Solutions).

Sur cette machine métallique, les équipes rapportent qu’elles ont conçu un limiteur avec 442 briques différentes (chacune de 25,4 x 25,4 x 50,8 cm). L’étape d’assemblage a dû être sacrément costaud !

442 briques imprimées en 3D métal sont ensuite assemblées pour réaliser l’ensemble de la structure

Sur l’imprimante FFF, ce nombre a été considérablement réduit et rapporté à seulement 36 blocs de 50,8 x 50,8 x 101,6 cm.

Densité, remplissage et réduction de poids

Mais au delà du procédé d’impression choisi, ce qui est intéressant avec la fabrication additive est qu’on peut jouer avec la densité du motif de remplissage de la pièce et donc fournir une absorption d’énergie suffisante tout en réduisant la quantité de matériaux nécessaire.

Concrètement, les équipes ont testé des structures alvéolaires (ou nid d’abeille) mais aussi des conception en gyroïde. Dans le deuxième cas, elles ont pu obtenir un allègement 80 % plus élevé tout en ayant davantage de résistance dans toutes les directions et une densité moins élevée. Que du plus !

En FDM, seulement 36 briques sont été imprimées en 3D

Mais qu’en est-il côté coûts ? Car je vous le rappelle, c’est tout le nerf de la guerre. En prenant en compte le coût de la machine, des matériaux et de la main-d’œuvre, les équipes ont calculé une économie de plus d’un million de dollars pour une conception en FFF, avec un remplissage de 5%. Je ne sais pas vous, mais à ce prix-là, je signe !

Alors bien évidemment, il n’y a pas que cela à prendre en compte. L’étude souligne l’absence de normes de qualité nucléaire quand on parle de fabrication additive. Quid de l’efficacité de ces équipements imprimés en 3D ? Une chose est sûre, accélérer les recherches dans le domaine nucléaire pourrait être très bénéfique pour les technologies 3D.

Que pensez-vous de l’utilisation de la fabrication dans le secteur nucléaire ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits de toutes les photos : Orano Federal Services