3D Systems联合CERN为大型强子对撞机制作3D打印冷却组件

2020-12-07 09:17

2020年12月3日，南极熊获悉，3D打印机制造商3D Systems与欧洲核研究组织（CERN）、荷兰国家亚原子物理研究所（Nikkef）合作，为大型强子对撞机（LHC）制作3D打印冷却组件。

他们使用3D Systems公司生产的DMP Flex 350 PBF系统打印了一套定制的钛冷却棒，用于粒子碰撞检测实验，如果不使用3D打印那么这些零件将无法制造。3D Systems也因为这一贡献在2019年末被授予LHCb行业奖。

LHC中的－40℃环境

LHC是世界上最大的粒子加速器，CERN使用它来研究高能粒子碰撞。它的长度为27公里，可以在四个光束交叉点进行碰撞观察，每个交叉点都包含先进的大粒子探测器。

在LHC beauty（LHCb）实验的检测部分，必须将一条长140m的光子检测条冷却至－40°C，以保持足够长的反应时间从而进行研究。这个检测条的宽度小于2mm，需要钛制冷却棒来为其执行冷却。鉴于冷却棒必须在非常有限的空间内均匀地散发大量热量，因此设计的精度和效率至关重要。

他们最初提出的设计无法使用常规方法制造。为了使效率最大化，这些冷却棒在内部和外部冷却剂之间所需的材料最少，因此0．25mm的壁厚至关重要。不幸的是，事实证明，这种规格对于长度263mm的棒材很难加工。

3D打印钛合金冷却棒

经过严格的反复试验阶段，CERN最终选择3D Systems及金属增材制造技术。欧洲核子研究中心（CERN）LHCb实验项目负责人Antonio Pellegrino指出：“在一些可能的公司中，我们选择了3D Systems，他们的工程师能够将我们的设计转化为可以生产的产品。”

CERN团队与3D Systems的应用工程师合作，将冷却棒设计修改为可3D打印，同时保留了精确功能。最终实现了0．25mm的壁厚，以及由3D Systems的高强度LaserForm Ti Gr23粉末制成的密封几何形状。最终设计包括焊接在一起的镜面A和B组件，并且需要最少的手动组装。棒料也经过重新设计，具有平行的冷却通道，可确保在后处理过程中100％去除粉末。

根据一系列压力测试的结果，团队预计这些组件至少可以使用十年。由于几乎不需要组装，并且使用一种材料以优化的形式创建了零部件，寿命会更长。