CSEM開發(fā)帶有嵌入式傳感器的3D打印管路，可更有效的進行熱管理

2022年10月3日，南極熊獲悉，世界上最大的粒子物理研中心之一CSEM（歐洲核子研究中心），正在協(xié)調(diào)一個由歐盟資助且備注關(guān)注的項目，通過開發(fā)帶有嵌入式傳感器的3D打印管路，來提高熱控制系統(tǒng)的性能。

△3D打印金屬管路有壓力接頭、電饋槽和氣溶膠噴射溫度傳感器

除了可能為歐洲核子研究中心和歐洲航天工業(yè)，開辟新的基礎研究途徑外，該聯(lián)盟希望將其技術(shù)帶入工業(yè)前階段，使其適用于廣泛的應用，包括工業(yè)加熱和冷卻系統(tǒng)、灌溉機制、手術(shù)器械和植入物、機床、機器人和汽車零部件。

該項目名為Advanced Heat Exchange Devices (AHEAD)，將加強瑞士在3D打印方面的優(yōu)勢，并幫助鞏固該國在創(chuàng)新前沿的地位。

△嵌入式傳感器3D打印管路，管路內(nèi)表面嵌入溫度傳感器和加熱元件。該系統(tǒng)還將包括一個能量回收設備，為嵌入式電子設備供電并實現(xiàn)自動無線數(shù)據(jù)傳輸

嵌入式傳感器3D打印管路
該項目于今年夏天啟動，旨在徹底改變熱控制管理系統(tǒng)，例如衛(wèi)星和太空火箭等幾種高性能設備的關(guān)鍵部件。因為，當今使用的大多數(shù)熱控制系統(tǒng)都很笨重，并且需要大量的連接電纜。AHEAD的目標是開發(fā)更緊湊、更便宜和無線的系統(tǒng)。

CSEM項目協(xié)調(diào)員Hervé Saudan說：“從廣義上講，我們的目標是開發(fā)可用于將電纜、連接器和傳感器等電子元件，集成到許多不同類型的3D打印物體中的技術(shù)。因為，將傳感器嵌入工藝設備的能力，將是工業(yè)4.0的一個重要特征。這些傳感器收集的數(shù)據(jù)可用于為過程控制、過程優(yōu)化和預測性維護提供人工智能算法。”

△CERN的大型強子對撞機

空間模塊和粒子探測器
該3D打印管路目前瞄準的兩個精準應用：空間模塊和CERN的新大型強子對撞機。

CERN計劃在工程師目前正在開發(fā)的，硅探測器熱控制系統(tǒng)中，使用上了新型3D打印傳感器管道。由于管道是在AHEAD下創(chuàng)建的，因此探測器的熱控制系統(tǒng)，不需要復雜的電纜設置，可進一節(jié)省空間，并允許通過直接的溫度讀數(shù)，可以更好的進行熱管理。這項新技術(shù)還可以讓工程師用更有效、對環(huán)境破壞更小的冷卻劑取代現(xiàn)有的冷卻劑。

△金屬3D打印帶有傳感器的管路，通過直接的溫度讀數(shù)，可以更好的進行熱管理

CERN項目經(jīng)理 Paolo Petagna說：“在粒子探測器能夠提供預期的性能之前，通常需要新技術(shù)進行突破。這些3D打印傳感器管路會帶來一個全新的概念，可能會遠遠超出最初的預期，為重要行業(yè)帶來好處。這就是我們在AHEAD中看到的。”

△“月球門戶”軌道空間站

3D打印傳感器管道更多應用方向
該項目的主要合作伙伴之一Thales Alenia Space (TAS) ，正在研究如何在國際空間站的加壓模塊，和美國宇航局的月球門戶空間站中使用該3D打印傳感器管路。TAS還計劃將管路安裝在兩相機械泵送流體回路中，這是一種用于其電信衛(wèi)星的熱控制系統(tǒng)。

TAS的熱能專家Martin Raynaud解釋道：“為實現(xiàn)更輕的管路、更緊湊的設計，以及更高的溫度測量精度和更快的組裝速度，是我們的主要優(yōu)勢。它們允許更好的熱控制，這是所有空間系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。與歐洲和美國的競爭對手相比，這使我們具有顯著的競爭優(yōu)勢。“

AHEAD項目預計將持續(xù)兩年時間。它反映了瑞士在創(chuàng)新方面的突出貢獻，及其在3D打印技術(shù)方面的專業(yè)知識。

Hervé Saudan說：“瑞士是歐洲人均申請3D打印專利數(shù)量最多的國家之一。總的來說，歐洲在這個領域處于領先地位。根據(jù)歐洲專利局的一項研究，過去幾年專利申請數(shù)量持續(xù)激增，2015年至2018年間，每年增長36%。今天，歐洲領先于中國和美國。這一趨勢對瑞士經(jīng)濟來說是一個真正的福音，因為該國的競爭力和吸引技術(shù)工人的能力，在很大程度上取決于自身的創(chuàng)新能力。”