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한국수력원자력이 국내 최초로 3D프린팅 기술을 적용해 제작한 원전부품을 실제 원전에 설치한 뒤 18개월 동안 결함 없이 운전하는 데 성공했다.
원전부품 제조분야에 3D프린팅 기술을 본격 적용할 수 있는 가능성을 확인한 성과로 평가된다.
한수원은 원자력발전소 발전기차단기 냉각에 사용되는 ‘다익형 임펠러’를 3D프린팅으로 제작해 새울 1호기에서 18개월간 연속 운전에 성공했다고 27일 밝혔다.
기존 다익형 임펠러는 고정판에 여러 개의 날개인 블레이드를 조립하는 구조다. 이 때문에 장기간 사용 과정에서 고정판과 블레이드 사이 연결부가 손상될 가능성이 있었다.
한수원은 이 같은 구조적 취약점을 개선하기 위해 조립 방식에서 벗어나 3D프린팅 기술을 활용한 일체형 임펠러 개발에 나섰다. 기존 제조방식으로는 구현하기 어려운 일체형 구조를 적용해 연결부 자체를 없애고 부품의 내구성을 높였다. 개발은 2024년 완료됐다.
3D프린팅은 3차원 모델 데이터를 기반으로 소재를 층층이 쌓아 제품을 제작하는 적층제조 기술이다. 복잡한 형상의 제품을 일체형으로 제작할 수 있어 제조 공정 혁신을 이끄는 핵심 기술로 꼽힌다.
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한수원은 실제 원전 적용에 앞서 3D프린팅으로 제작한 임펠러에 열처리를 실시하고 재료의 기계적 성질 시험과 풍량 시험 등 다양한 검증을 거쳐 성능과 내구성을 확인했다.
이후 해당 임펠러는 지난해 1월 새울 1호기에 국내 최초로 설치됐으며 올해 7월 계획예방정비 때까지 18개월간 연속 운전됐다. 운전 기간 동안 결함이나 이상이 발생하지 않아 3D프린팅 부품의 장기간 운전 안전성을 확인했다.
한수원은 이번 실증 성공을 계기로 3D프린팅 제품의 원전 현장 적용을 확대할 방침이다. 기존 원전 부품의 성능 향상과 내구성 개선은 물론 복잡한 구조의 부품을 보다 효율적으로 제작하는 데도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
특히 향후에는 기존 원전의 대체 부품을 넘어 소형모듈원자로(SMR) 등 신형 원전에 필요한 신규 부품 제작에도 3D프린팅 기술을 적용하기 위한 연구개발을 확대할 계획이다.
이돈국 중앙연구원장은 “3D프린팅 기술이 기존 부품의 대체품뿐만 아니라 소형모듈원자로(SMR)와 같은 신형 원전의 신규 부품 제작에도 활용될 수 있도록 미래를 준비하는 연구개발을 수행하겠다”고 밝혔다.
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