Daegun Tech una girante metallica stampata in 3D completa 18 mesi di esercizio in una centrale nucleare

La manifattura additiva metallica supera una prova operativa di lunga durata nella centrale sudcoreana Saeul 1

Una girante in acciaio inossidabile 316L realizzata mediante stampa 3D metallica ha completato 18 mesi di esercizio nella centrale nucleare sudcoreana Saeul 1, senza anomalie segnalate durante il periodo di funzionamento. Il componente è stato sviluppato da Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP), in collaborazione con Daegun Tech e altri partner industriali sudcoreani, per sostituire una girante tradizionale utilizzata nel sistema di raffreddamento dell’interruttore del generatore elettrico. Installata nel gennaio 2025, la nuova girante è rimasta in servizio fino alla manutenzione programmata del luglio 2026. KHNP ha presentato il risultato come la prima dimostrazione nazionale di funzionamento prolungato, per un intero ciclo di esercizio, di un componente nucleare prodotto mediante additive manufacturing metallico.

Il risultato è importante soprattutto perché riguarda una parte effettivamente utilizzata in un impianto di generazione elettrica, e non soltanto un provino di laboratorio o un componente sperimentale esaminato su un banco prova. È però necessario identificare correttamente l’applicazione: la girante appartiene al sistema di raffreddamento del generatore circuit breaker, non al circuito primario del reattore o al sistema di raffreddamento del combustibile nucleare. Il fatto che sia installata in una centrale nucleare non implica quindi automaticamente che possieda la stessa classificazione di sicurezza o debba soddisfare gli stessi requisiti di un componente a pressione appartenente al circuito primario.

La tecnologia utilizzata è il Powder Bed Fusion metallico con sorgente laser, indicato come PBF-LB. Daegun Tech ha realizzato il componente utilizzando una propria macchina per additive manufacturing metallico, mentre il progetto complessivo ha coinvolto competenze sudcoreane di progettazione, fabbricazione e verifica delle prestazioni. La dimostrazione costituisce anche un risultato di localizzazione della filiera: il componente sostituisce una soluzione precedentemente dipendente da forniture estere.

Il progetto nasce nel 2024 per eliminare una criticità delle giranti assemblate

La collaborazione non è iniziata nel 2026. Già il 21 ottobre 2024 KHNP aveva annunciato il completamento dello sviluppo di una girante multi-pala prodotta mediante stampa 3D, presentandola come un’applicazione della tecnologia finalizzata al miglioramento della durata e alla sostituzione di componenti importati.

La soluzione convenzionale prevedeva più pale collegate a una piastra o a un elemento di supporto. Questa architettura introduce punti di giunzione nei quali possono concentrarsi sollecitazioni meccaniche e fenomeni di degrado durante il servizio. La documentazione KHNP richiama in particolare il rischio di danneggiamento delle connessioni fra pale e struttura.

Il nuovo componente è stato invece progettato e prodotto come una struttura monolitica, nella quale pale e supporto vengono realizzati insieme durante il processo additivo. Il vantaggio progettuale dichiarato consiste nell’eliminazione delle giunzioni precedentemente considerate vulnerabili.

L’assenza di un collegamento assemblato riduce una specifica categoria di possibili guasti, ma non elimina automaticamente ogni causa di cedimento. Una girante monolitica può comunque essere soggetta a fatica, corrosione, erosione, squilibrio dinamico, difetti metallurgici o deformazioni. La verifica della sua affidabilità richiede quindi controlli sul materiale e sulla geometria, insieme a prove funzionali rappresentative delle condizioni di utilizzo.

Il ruolo della girante nel raffreddamento del generatore elettrico

La girante viene utilizzata nel sistema di raffreddamento dell’interruttore del generatore, un’apparecchiatura elettrica che permette di collegare o separare il generatore dalla rete e dagli altri apparati dell’impianto secondo le logiche previste dal sistema elettrico.

Questi interruttori possono essere sottoposti a correnti molto elevate e generare calore durante il funzionamento. Il controllo termico è quindi necessario per mantenere i componenti entro le condizioni operative previste e limitare il rischio di degrado.

La girante multi-pala fa parte dell’apparato destinato a movimentare il fluido di raffreddamento. Il componente trasmette energia al fluido attraverso il movimento rotatorio, contribuendo alla circolazione e allo scambio termico richiesti dal sistema.

Non sono stati pubblicati dati completi sulla velocità di rotazione, sul diametro esterno, sulla portata nominale, sulla pressione o sulle condizioni termiche specifiche dell’installazione di Saeul 1. Sarebbe quindi improprio attribuire alla girante caratteristiche numeriche ricavate da ventilatori o impeller utilizzati in altri impianti.

È importante anche evitare un equivoco terminologico: sebbene il termine impeller venga impiegato per numerose macchine rotanti, non identifica necessariamente una turbina mossa da acqua o vapore. Nel caso specifico il componente appartiene a un sistema ausiliario di raffreddamento, e la sua funzione non consiste nel convertire direttamente l’energia del vapore in energia meccanica per la produzione elettrica.

Acciaio inox 316L e tecnologia Laser Powder Bed Fusion

Daegun Tech ha impiegato acciaio inossidabile austenitico STS316L, denominazione coreana corrispondente alla famiglia AISI 316L. Si tratta di una lega a base di ferro contenente cromo, nichel e molibdeno, con un tenore di carbonio particolarmente basso.

Il 316L viene utilizzato in molti settori industriali per la combinazione di resistenza alla corrosione, lavorabilità e proprietà meccaniche. È anche uno dei materiali più studiati nella produzione additiva metallica mediante Laser Powder Bed Fusion.

Nel processo PBF-LB, un laser fonde selettivamente regioni di un sottile strato di polvere metallica. Dopo la solidificazione, la piattaforma viene abbassata e un nuovo strato di polvere viene distribuito sulla superficie. Ripetendo il ciclo si ottiene una struttura tridimensionale.

Il procedimento permette di realizzare geometrie che con lavorazioni convenzionali richiederebbero assemblaggi multipli, fusioni complesse o numerose operazioni di asportazione di materiale. Nel caso della girante, l’elemento progettuale più rilevante è proprio l’integrazione delle pale con il supporto.

La fabbricazione additiva del 316L non produce però necessariamente le stesse proprietà metallurgiche del materiale ottenuto mediante fusione convenzionale o deformazione plastica. I cicli di fusione e solidificazione rapida possono generare microstrutture cellulari, orientazioni cristallografiche preferenziali e tensioni residue.

I parametri di processo possono inoltre influenzare porosità, difetti di mancata fusione, rugosità superficiale e comportamento a fatica. La composizione chimica nominale costituisce quindi soltanto uno degli elementi necessari per caratterizzare il componente finito.

Perché una girante monolitica può essere vantaggiosa

La scelta di integrare più elementi in un unico componente rappresenta una delle applicazioni più consolidate del Design for Additive Manufacturing, comunemente abbreviato in DfAM.

Una struttura assemblata presenta generalmente interfacce fra i componenti, sistemi di collegamento e tolleranze da mantenere durante la produzione. A seconda della tecnologia utilizzata, queste interfacce possono essere saldate, fissate meccanicamente o realizzate mediante altri processi di giunzione.

Ogni collegamento introduce requisiti di fabbricazione e controllo. Nel caso di un componente rotante, una discontinuità geometrica o una zona di collegamento possono inoltre influenzare la distribuzione delle sollecitazioni.

L’additive manufacturing consente di riprogettare l’insieme come corpo unico, riducendo il numero delle parti e delle operazioni di assemblaggio. Questo non dimostra automaticamente una maggiore durata, ma elimina specifiche interfacce che possono rappresentare punti critici.

La forma monolitica può inoltre semplificare la gestione della distinta base e ridurre la necessità di verificare singolarmente la qualità delle giunzioni.

Bisogna tuttavia considerare il compromesso opposto: quando un componente è prodotto come corpo unico, un difetto localizzato può rendere necessaria la sostituzione dell’intero elemento, mentre una costruzione assemblata potrebbe consentire interventi su parti individuali. La convenienza deve quindi essere valutata in base al funzionamento, alla manutenzione e ai costi del ciclo di vita.

Daegun Tech ha effettuato trattamenti termici e prove meccaniche

Prima dell’installazione nella centrale, la girante è stata sottoposta a trattamenti e controlli. La documentazione diffusa da KHNP e Daegun Tech indica in particolare trattamento termico, prove delle proprietà meccaniche e verifiche della portata d’aria.

Queste attività sono rilevanti perché un componente prodotto mediante PBF-LB non dovrebbe essere considerato automaticamente pronto per l’impiego industriale al termine della costruzione.

Il trattamento termico può essere utilizzato per modificare lo stato delle tensioni residue e, a seconda del materiale e del ciclo applicato, influenzare la microstruttura e le proprietà meccaniche.

Le prove sui materiali permettono invece di verificare determinate caratteristiche rispetto alle specifiche previste. Le prove funzionali di portata consentono di valutare il comportamento del componente nell’applicazione per la quale è stato progettato.

Non sono stati però pubblicati i valori delle proprietà meccaniche misurate, i parametri del trattamento termico, i risultati dettagliati delle prove aerodinamiche o l’elenco completo dei controlli non distruttivi eventualmente effettuati.

È quindi corretto affermare che il componente ha superato prove preliminari e ha completato la dimostrazione operativa comunicata da KHNP, ma non attribuirgli certificazioni o proprietà quantitative non dichiarate.

La prova in centrale: gennaio 2025-luglio 2026

La girante è stata installata nel gennaio 2025 presso l’unità 1 della centrale nucleare Saeul, in Corea del Sud.

Saeul 1 è un reattore ad acqua pressurizzata appartenente alla famiglia sudcoreana APR1400, con potenza elettrica nominale dell’ordine di 1.400 MW. La centrale è gestita da Korea Hydro & Nuclear Power.

La denominazione dell’impianto può generare confusione nelle fonti meno aggiornate. Saeul 1 era precedentemente conosciuta come Shin Kori 3; il cambiamento ufficiale del nome delle unità interessate è stato approvato nel 2022.

Il componente additivo è rimasto installato fino alla manutenzione preventiva programmata del luglio 2026. KHNP ha dichiarato che durante i 18 mesi di esercizio non sono state riscontrate anomalie nel funzionamento della girante.

Questo costituisce un risultato più significativo di una semplice prova di accettazione in laboratorio perché include l’esposizione alle condizioni operative reali dell’impianto.

Non sono tuttavia disponibili nella documentazione pubblica dati dettagliati sul numero di ore effettive di rotazione, sui cicli di avvio e arresto, sulle condizioni di carico o sulle eventuali misurazioni dimensionali effettuate dopo lo smontaggio.

La formula 18 mesi senza difetti segnalati deve quindi essere mantenuta nel suo significato preciso: descrive l’esito comunicato dall’operatore per quella specifica installazione, non una dimostrazione statistica dell’affidabilità di tutte le giranti ottenibili mediante PBF-LB.

Dimostrazione industriale e certificazione nucleare non sono la stessa cosa

Il settore nucleare richiede una particolare attenzione alla classificazione dei componenti.

All’interno di una centrale esistono apparecchiature con funzioni e livelli di criticità molto differenti. Alcuni componenti appartengono a sistemi importanti per la sicurezza nucleare; altri svolgono funzioni ausiliarie, elettriche o di servizio.

L’impiego di un componente prodotto additivamente in una centrale non significa quindi che il processo sia stato qualificato automaticamente per qualsiasi categoria di sicurezza.

Nel caso della girante Daegun Tech, la funzione dichiarata riguarda il raffreddamento dell’interruttore del generatore. Le fonti consultate non pubblicano una classificazione formale di sicurezza nucleare del componente, né una certificazione generalizzata del processo PBF-LB utilizzato.

La dimostrazione operativa è pertanto importante come esperienza industriale su un componente reale, ma non deve essere interpretata come autorizzazione indiscriminata a produrre mediante stampa 3D elementi del circuito primario, recipienti in pressione o sistemi di sicurezza del reattore.

Anche la qualificazione di uno specifico processo non rende automaticamente qualificati tutti i componenti prodotti con lo stesso impianto. Geometria, orientamento, materiale, parametri, post-processing e requisiti funzionali possono variare considerevolmente.

Un progetto di collaborazione industriale, non il risultato di una sola azienda

La produzione del componente ha coinvolto più organizzazioni.

KHNP ha promosso e coordinato lo sviluppo nell’ambito delle proprie attività di ricerca e applicazione industriale. Daegun Tech ha contribuito attraverso la realizzazione additiva metallica.

Tra gli altri partner citati figurano KEPCO KPS, azienda sudcoreana specializzata in servizi di manutenzione e gestione degli impianti energetici, e Taeil Blower, collegata alla progettazione e alla produzione di componenti per sistemi di ventilazione.

Il progetto ha quindi combinato competenze relative al sistema utilizzatore, alla realizzazione del componente e alle verifiche necessarie prima dell’impiego.

La collaborazione permette inoltre di affrontare una seconda questione: l’indipendenza da componenti precedentemente importati.

Per un operatore elettrico, la possibilità di produrre localmente un ricambio può assumere un valore che supera il semplice costo unitario di fabbricazione. Tempi di consegna, disponibilità della documentazione, obsolescenza del componente e continuità della manutenzione possono diventare fattori determinanti.

Non sono però stati comunicati il prezzo della girante additiva, il costo della soluzione importata o una quantificazione del risparmio ottenuto. È quindi corretto parlare di localizzazione della produzione, non di una riduzione economica già misurata.

Daegun Tech utilizza sistemi PBF sviluppati internamente

Daegun Tech è un’azienda industriale sudcoreana con sede a Changwon, fondata nel 1998. La società ha sviluppato attività nella produzione di cablaggi industriali e apparecchiature, ampliando successivamente la propria presenza nella manifattura additiva metallica.

Secondo le informazioni aziendali, Daegun Tech dispone di sistemi per la produzione additiva metallica capaci di realizzare componenti di classe dimensionale fino a circa 800 mm.

Questo valore descrive una capacità dichiarata della sua infrastruttura tecnologica, non la dimensione della girante utilizzata a Saeul 1.

L’azienda afferma inoltre di possedere competenze che comprendono progettazione, stampa metallica e attività successive alla produzione.

Il coinvolgimento diretto nella costruzione della girante è rilevante anche perché permette di accumulare dati sulle condizioni di produzione e sulle prestazioni di un componente impiegato per un periodo prolungato.

Per dimostrare un’eventuale ripetibilità industriale su scala più ampia servirebbero però ulteriori informazioni su numero di componenti fabbricati, variabilità tra build, percentuali di scarto e controlli effettuati durante la produzione.

Quali differenze esistono fra girante assemblata e girante additiva

Il principale miglioramento progettuale documentato consiste nell’eliminazione delle connessioni tra pale e struttura. Non sono invece disponibili dati sufficienti per affermare che la nuova girante offra una maggiore efficienza aerodinamica, una riduzione delle vibrazioni o una durata superiore quantificata rispetto al componente precedente.

Le possibilità per la manutenzione degli impianti energetici

L’interesse della manifattura additiva nel settore energetico non riguarda soltanto la realizzazione di parti nuove. Può estendersi alla riproduzione di componenti non più disponibili, alla riduzione dei tempi di approvvigionamento e alla revisione di progetti concepiti per tecnologie convenzionali.

Le installazioni industriali di lunga durata utilizzano spesso apparecchiature progettate molti anni prima. Alcuni fornitori possono cessare la produzione, mentre altri componenti continuano a essere richiesti per periodi molto estesi.

La stampa 3D metallica può contribuire a risolvere determinate situazioni, purché siano disponibili informazioni sufficienti sulla geometria, sul materiale, sulle condizioni di funzionamento e sui requisiti di accettazione.

Il reverse engineering non dovrebbe essere interpretato come la semplice scansione tridimensionale della parte esistente. Una mesh rilevata da uno scanner non contiene automaticamente tolleranze funzionali, specifiche del materiale, condizioni di carico o informazioni sulla vita a fatica.

La ricostruzione di un componente industriale richiede quindi un’attività ingegneristica che va oltre la riproduzione geometrica.

Nel caso Daegun Tech, il progetto ha avuto anche una componente di riprogettazione, poiché la soluzione additiva non replica semplicemente l’assemblaggio originale ma ne modifica la struttura.

Il possibile impiego negli Small Modular Reactors

KHNP ha indicato che l’esperienza potrebbe favorire ulteriori applicazioni della manifattura additiva nelle proprie centrali e contribuire a programmi di ricerca destinati a nuovi sistemi nucleari, compresi gli Small Modular Reactors (SMR).

Il riferimento agli SMR deve però essere interpretato come prospettiva di sviluppo. Non risulta annunciata la qualificazione della girante per un reattore modulare, né è stato identificato uno specifico componente SMR già prodotto e messo in servizio sulla base di questa esperienza.

Gli SMR comprendono architetture differenti e presentano requisiti che dipendono dalla tecnologia del reattore e dalla funzione del componente.

La produzione additiva potrebbe risultare interessante per alcune geometrie complesse, per la localizzazione delle forniture e per attività di manutenzione. Ogni applicazione richiederebbe tuttavia verifiche e qualificazioni adeguate.

L’esperienza di Saeul 1 può quindi contribuire a costruire competenze e procedure, ma non rappresenta da sola una validazione della stampa 3D per tutti i sistemi nucleari di nuova generazione.

Dalla prima installazione all’eventuale diffusione su altri impianti

La documentazione aziendale indica che KHNP intende valutare l’estensione dell’utilizzo di componenti prodotti mediante stampa 3D ad altre centrali.

Daegun Tech ha inoltre dichiarato di voler sviluppare applicazioni nei settori della difesa, dell’aerospazio e dell’energia, facendo leva sull’esperienza acquisita nel progetto.

Il CEO Ki Soo Shin ha individuato nell’integrazione di più elementi e nella riduzione della massa di componenti industriali complessi alcune delle aree di maggiore interesse per l’additive manufacturing metallico.

Queste dichiarazioni indicano la direzione strategica dell’azienda, ma non equivalgono a nuovi contratti già sottoscritti o alla qualificazione di componenti destinati ad altri settori.

Per valutare la diffusione effettiva della tecnologia sarà necessario conoscere il numero delle giranti eventualmente installate in altri impianti, i risultati dei controlli successivi al servizio e le condizioni economiche della produzione.

I dati principali del progetto

Il valore della dimostrazione è nei dati operativi, non soltanto nella geometria

La manifattura additiva metallica ha già dimostrato da anni di poter produrre giranti, turbine, scambiatori e numerose altre geometrie industriali. L’aspetto che distingue il progetto Daegun Tech non è quindi la semplice possibilità di stampare una girante in acciaio inossidabile.

Il risultato più rilevante è l’impiego effettivo di una parte additiva in una centrale nucleare per un periodo sufficientemente lungo da comprendere un ciclo operativo completo, seguito dalla manutenzione programmata.

La dimostrazione offre un riferimento pratico per affrontare questioni che nei settori regolamentati pesano spesso più della capacità geometrica delle macchine: controllo del materiale, documentazione di produzione, verifiche funzionali, continuità della fornitura e comportamento durante il servizio.

Allo stesso tempo, la documentazione resa pubblica non consente ancora di valutare statisticamente l’affidabilità del processo né di confrontare quantitativamente la durata della soluzione additiva con quella precedente.

Per questo l’esperienza non dovrebbe essere presentata come una certificazione universale della stampa 3D nel nucleare. È invece un caso industriale nel quale un componente progettato per additive manufacturing ha superato prove preliminari ed è stato utilizzato per 18 mesi senza problemi dichiarati dall’operatore.

La prossima fase sarà verificare se KHNP e Daegun Tech riusciranno a ripetere il risultato su più componenti, documentandone prestazioni, costi, difettosità e comportamento nel tempo. È attraverso questa progressione, dalla singola applicazione controllata a una famiglia di componenti industrialmente qualificati, che la manifattura additiva può acquisire un ruolo stabile nella manutenzione e nella produzione di apparecchiature destinate al settore energetico.

Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).