CERN采用增材制造技術(shù)開(kāi)發(fā)輕質(zhì)換熱器，服務(wù)于高能物理探測(cè)領(lǐng)域

2022年8月2日，南極熊獲悉，作為AHEAD項(xiàng)目的一部分，歐洲粒子撞擊探測(cè)機(jī)構(gòu)（CERN）將繼續(xù)投資開(kāi)發(fā)3D打印冷卻系統(tǒng)組件。AHEAD項(xiàng)目由CERN和其他5個(gè)合作伙伴組成，計(jì)劃使用增材制造工藝生產(chǎn)輕質(zhì)智能換熱器，減少零件數(shù)量。

AHEAD是ADCLUT計(jì)劃第二階段資助的幾個(gè)項(xiàng)目之一，旨在將技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用。AHEAD項(xiàng)目將建立在ACTURE第一階段進(jìn)行的先前研究的基礎(chǔ)上，CERN研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了智能管道技術(shù)。

△智能管道。（圖片來(lái)源：CERN）

智能壁管和風(fēng)管（SWaP）項(xiàng)目（如上圖所示）使用3D打印來(lái)制造嵌入組件內(nèi)部傳感器的智能管道。這些部件的尺寸減小和復(fù)雜性的增加意味著它們可以放置在更緊湊的空間內(nèi)，更靠近要冷卻的系統(tǒng)。這可以提高性能，并且可以在航空航天領(lǐng)域提供節(jié)油優(yōu)勢(shì)，并在工業(yè)制冷應(yīng)用中提高效率。

這項(xiàng)研究旨在為新一代智能流體元件奠定基礎(chǔ)，該元件與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)液壓回路兼容，能夠使用嵌入式流體傳感器提供流體參數(shù)的測(cè)量。因此，SWaP項(xiàng)目將作為第二階段的墊腳石，將新型換熱器開(kāi)發(fā)到更高的技術(shù)就緒水平，并最終為市場(chǎng)做好準(zhǔn)備。

ATTRACT項(xiàng)目協(xié)調(diào)員PabloGarcia Tello說(shuō)：“漸進(jìn)式創(chuàng)新不足以應(yīng)對(duì)未來(lái)幾十年即將到來(lái)的社會(huì)挑戰(zhàn)。ATTRACT項(xiàng)目和方法旨在加速突破性創(chuàng)新的市場(chǎng)吸收，“。

雖然這項(xiàng)技術(shù)起源于高能物理探測(cè)器，并將繼續(xù)使該領(lǐng)域受益，但由于傳感器和印刷結(jié)構(gòu)的小尺寸，它在小尺度傳熱和傳質(zhì)的科學(xué)研究領(lǐng)域也有其他應(yīng)用。這可能在醫(yī)療應(yīng)用中具有長(zhǎng)期的副產(chǎn)品價(jià)值，特別是能夠感知體內(nèi)液體的新一代智能假肢設(shè)備。

在2020年，CERN曾使用3D Systems的直接金屬打印（DMP）技術(shù)來(lái)制造用于LHCb實(shí)驗(yàn)的鈦合金冷卻棒，該部件是制造大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)冷卻系統(tǒng)的組件，用于粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)研究。

△3D打印鈦合金冷卻棒

這種基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)制造的組件有特定的要求，例如尺寸限制，散熱需求，平整度以及帶材長(zhǎng)度的溫度均勻性。增材制造被選為最能滿足保持探測(cè)器硬件效率和分辨率需求的解決方案。其中一個(gè)主要要求是棒材在冷卻液通道和被冷卻表面之間具有特定的厚度。考慮到每個(gè)棒材的長(zhǎng)度，傳統(tǒng)上不可能進(jìn)行加工。

最終，CERN工程師通過(guò)與3DSystems的合作，使用LaserForm TiGr23合金材料打印出0.25mm厚度的防漏冷卻棒。