Komponenty do druku 3D CERN do akceleratorów cząstek

Przy wykonywaniu wszystkich tych maszyn, zawsze będzie potrzeba naprawy i wymiany części. Grupa naukowców przeprowadziła niedawno badanie, w którym wydrukowali oni w 3D monitorujący położenie wiązki linii paskowej (BPM), będący standardowym komponentem akceleratorów cząstek. W ubiegłym roku ci badacze zgłosili wstępne wyniki pokazujące, że drukowanie 3D jest kompatybilne z Ultra-High Vacuum, a wkrótce zgłoszą dodatkowe wyniki. W tym badaniu chcieli po prostu pokazać, że drukowanie 3D, o którym mowa w dokumencie jako i3D, może być wykorzystane do uproszczenia zwykłego składnika akceleratora cząstek.

"Jedną z zalet i3D jest to, że pozwala tworzyć skomplikowane kształty, a tym samym umożliwia topologiczne optymalizacje kształtów dla danej funkcji (np. utrzymać siłę z powodu różnicy ciśnień) przy minimalnym materiale ", stwierdzają naukowcy.

Naukowcy wykorzystali topologię oprogramowanie optymalizacyjne INSPIRE firmy Altair do zmiany kołnierza BPM w celu zmniejszenia ciężaru elementu. Optymalizując tę ​​część, byli oni w stanie zmniejszyć wagę BPM o 40%. Drukowanie 3D okazało się łatwiejszym sposobem produkcji niż tradycyjne metody.

"Jedną z trudności wytwarzania BPM tradycyjnymi metodami były cienkie cylindryczne linie ciągłe: aby uzyskać prawidłową relację między ciałem średnica i średnica elektrod, elektrody miały mniej niż 2 mm grubości, ale próbuje to zrobić przy użyciu tradycyjnych metod produkcyjnych z użyciem tokarki, ponieważ było to zbyt cienkie "- kontynuują naukowcy. "Te same elektrody o grubości 2 mm zostały wyprodukowane bez żadnego problemu przez i3D."

Aby uniknąć konieczności używania podpór, BPM został wyprodukowany z pionową osią wiązki i stożkiem dodanym pod przelotem elektrycznym. To było drukowane w 3D tylko w jednej części, podczas gdy tradycyjnie produkowane BPM musi być wykonane w czterech częściach i zespawane razem. Pozwoliło to również na skrócenie części o 20 mm, ponieważ nie było już miejsca na spawanie kołnierzy na korpusie.

"Po produkcji dodatków musiała zostać wykonana drobna praca warsztat: ponowne dociskanie powierzchni kołnierza w celu uzyskania płaskiej powierzchni i ostrzenie noża próżniowego (jeszcze nieosiągalnego dzięki dodatkowemu wytwarzaniu) ", ​​stwierdzają naukowcy. "Przepusty elektryczne zostały zakupione osobno i spawane przy użyciu tradycyjnych technik."

BPM został następnie przetestowany przez grupę próżniową; brak przeciekówzostały znalezione, a szybkość odgazowywania była porównywalna do tradycyjnie produkowanego BPM.

Czas produkcji drukowanego 3D BPM wynosił około 36 godzin, a całkowity czas upłynął od wysłania pliku do producenta do otrzymania ukończonego składnik był krótszy niż tydzień. Natomiast produkcja BPM z tradycyjną obróbką skrawaniem zajęłaby od czterech do sześciu tygodni. Koszt wydrukowanego w 3D BPM był również o połowę niższy niż w przypadku tradycyjnie produkowanego BPM.

W badaniach wykazano, że dokładność BPM jest wyższa niż w przypadku tradycyjnie produkowanego, ale naukowcy zauważyłem również, że drukowany na 3D BPM miał niższą jakość powierzchni, co "może skutkować znacznie wyższą impedancją, więc w tej chwili nie wysuwamy roszczeń co do przydatności takiego BPM do pierścienia."

Następnym krokiem będzie wykonanie pomiarów za pomocą rozciągniętego drutu w nadchodzących tygodniach. Po wykonaniu pomiarów naukowcy przetestują drukowany BPM 3D wraz z dwoma tradycyjnie produkowanymi BPM na wtryskiwaczu PHIL PHILIP.

Badania zostały udokumentowane w artykule zatytułowanym "Badanie występów 3D Printed BPM. "Autorzy to: S. Jenzer, D. Auguste, J. Bonis, N. Delerue, Frederick Gauthier, A. Gonnin i Oleh Trofimiuk.