3D打印機制造商3D Systems與歐洲核研究組織(CERN)和荷蘭國家亞原子物理研究所(Nikkef)合作，為大型強子對撞機(LHC)制作3D打印冷卻組件。
具體來說，合作伙伴使用公司的DMP Flex 350 PBF系統(tǒng)打印了一套定制的鈦冷卻棒，用于去年的顆粒檢測實驗，否則這些零件將無法制造。作為對其貢獻的證明，3D Systems甚至在2019年末被授予LHCb行業(yè)獎。
3D打印的鈦金屬冷卻棒。通過3D Systems拍攝。
LHC中的零度以下環(huán)境
LHC是世界上最大的粒子加速器，CERN使用它來研究高能粒子碰撞。它的長度為27公里，可以在四個光束交叉點進行碰撞觀察，每個交叉點都包含先進的大粒子探測器。
在LHC beauty(LHCb)實驗的檢測部分中，特別是，必須將一條長140m的薄光子檢測條冷卻至-40°C，以保持足夠長的反應時間以進行研究。該條的寬度小于2mm，需要鈦制冷卻棒來執(zhí)行100%的必要冷卻作用。鑒于桿必須在非常有限的空間內(nèi)均勻地散發(fā)大量熱量，因此其設計的精度和效率至關重要。
確定最初提出的設計無法使用常規(guī)方法制造。為了最大程度地提高效率，棒材在冷卻劑內(nèi)部和外部表面之間所需的材料最少，因此0.25mm的壁厚至關重要。不幸的是，事實證明，這種規(guī)格對于長度263mm的棒材很難加工。
大型強子對撞機。圖片來自CERN。
3D打印鈦合金冷卻棒
經(jīng)過嚴格的反復試驗階段，CERN最終選擇了3D Systems及其金屬增材制造技術。歐洲核子研究中心(CERN)的LHCb實驗項目負責人Antonio Pellegrino指出：“在幾家可能的公司中，我們選擇了3D Systems，因為在我看來，那里的工程師能夠將我們的設計實際轉化為可以生產(chǎn)的產(chǎn)品。 ”
CERN團隊與3D Systems的應用工程師合作，將其條形設計修改為可3D打印，同時保留了其精確功能。最終實現(xiàn)了0.25mm的壁厚，以及由3D Systems的高強度LaserForm Ti Gr23粉末制成的密封幾何形狀。最終設計包括焊接在一起的鏡面A和B組件，并且需要最少的手動組裝。棒料也經(jīng)過重新設計，具有平行的冷卻通道，可確保在后處理過程中100%去除粉末。
根據(jù)一系列壓力測試的結果，合作伙伴預計這些鋼筋至少可以使用十年。由于幾乎不需要組裝，并且使用一種材料以優(yōu)化形式創(chuàng)建了零部件，這一事實進一步加強了這一數(shù)字。
3D Systems因對LHCb實驗的成功升級做出的貢獻而榮獲2019 LHCb工業(yè)獎。通過3D Systems拍攝。
像熱力學一樣細致入微的零件，零件幾何形狀的精確度與以往一樣重要。今年早些時候，普渡大學的一組機械工程專業(yè)的學生設計了一個屢獲殊榮的高效3D可打印散熱器。先進的設計在“虛擬學生散熱器設計挑戰(zhàn)賽”中排名第一，并包含F(xiàn)ormula-1和鯊魚皮啟發(fā)的內(nèi)部通道。
在其他地方，美國企業(yè)集團GE的研發(fā)部門GE Research以前曾使用3D打印技術來制造用于發(fā)電設備的超高效，低排放熱交換器。該設備被稱為UPHEAT(由Additive Technology啟用的超高性能熱交換器)，是一項耗資250萬美元的研究項目的一部分。
