為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)提供-40℃環(huán)境,，3D Systems金屬機(jī)3D打印鈦冷卻組件

2020年12月3日，南極熊獲悉,，3D打印機(jī)制造商3D Systems與歐洲核研究組織（CERN）、荷蘭國(guó)家亞原子物理研究所（Nikkef）合作，為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）制作3D打印冷卻組件,。

他們使用3D Systems公司生產(chǎn)的DMP Flex 350 PBF系統(tǒng)打印了一套定制的鈦冷卻棒，用于粒子碰撞檢測(cè)實(shí)驗(yàn),，如果不使用3D打印那么這些零件將無(wú)法制造,。3D Systems也因?yàn)檫@一貢獻(xiàn)在2019年末被授予LHCb行業(yè)獎(jiǎng)。

△3D打印的鈦金屬冷卻棒,，3D Systems拍攝

LHC中的-40℃環(huán)境

LHC是世界上最大的粒子加速器,，CERN使用它來(lái)研究高能粒子碰撞。它的長(zhǎng)度為27公里,，可以在四個(gè)光束交叉點(diǎn)進(jìn)行碰撞觀察,，每個(gè)交叉點(diǎn)都包含先進(jìn)的大粒子探測(cè)器。

在LHC beauty（LHCb）實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)部分，必須將一條長(zhǎng)140m的光子檢測(cè)條冷卻至-40°C,，以保持足夠長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間從而進(jìn)行研究,。這個(gè)檢測(cè)條的寬度小于2mm，需要鈦制冷卻棒來(lái)為其執(zhí)行冷卻,。鑒于冷卻棒必須在非常有限的空間內(nèi)均勻地散發(fā)大量熱量,，因此設(shè)計(jì)的精度和效率至關(guān)重要。

他們最初提出的設(shè)計(jì)無(wú)法使用常規(guī)方法制造,。為了使效率最大化,，這些冷卻棒在內(nèi)部和外部冷卻劑之間所需的材料最少，因此0.25mm的壁厚至關(guān)重要,。不幸的是,，事實(shí)證明，這種規(guī)格對(duì)于長(zhǎng)度263mm的棒材很難加工,。

△大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),，圖片來(lái)自CERN

3D打印鈦合金冷卻棒

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的反復(fù)試驗(yàn)階段，CERN最終選擇3D Systems及金屬增材制造技術(shù),。歐洲核子研究中心（CERN）LHCb實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Antonio Pellegrino指出：“在一些可能的公司中,，我們選擇了3D Systems，他們的工程師能夠?qū)⑽覀兊脑O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為可以生產(chǎn)的產(chǎn)品,。 ”

CERN團(tuán)隊(duì)與3D Systems的應(yīng)用工程師合作,，將冷卻棒設(shè)計(jì)修改為可3D打印，同時(shí)保留了精確功能,。最終實(shí)現(xiàn)了0.25mm的壁厚,，以及由3D Systems的高強(qiáng)度LaserForm Ti Gr23粉末制成的密封幾何形狀。最終設(shè)計(jì)包括焊接在一起的鏡面A和B組件,，并且需要最少的手動(dòng)組裝,。棒料也經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，具有平行的冷卻通道,，可確保在后處理過(guò)程中100％去除粉末,。

根據(jù)一系列壓力測(cè)試的結(jié)果，團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)這些組件至少可以使用十年,。由于幾乎不需要組裝,，并且使用一種材料以優(yōu)化的形式創(chuàng)建了零部件，壽命會(huì)更長(zhǎng),。

△3D Systems因?qū)�LHCb實(shí)驗(yàn)的成功升級(jí)做出的貢獻(xiàn)而榮獲2019 LHCb工業(yè)獎(jiǎng)，3D Systems拍攝

編譯自：3dprintingindustry