Европейское агентство ядерных исследований CERN обратилось к 3D-печати для производства компонентов для системы охлаждения Большого адронного коллайдера (окружность коллайдера –  27 км,  размещен глубоко под швейцарско-французской границей), используемого для фундаментальных исследований физики элементарных частиц.

В частности, организация использовала аддитивное производство как часть своего эксперимента LHCb. В этом эксперименте используется чрезвычайно узкая (2 мм) полоса детектора фотонов длиной 140 метров, которую необходимо охладить до -40 ° C, чтобы сохранить реакцию. Чтобы поддерживать эту температуру, вся полоса соединяется с титановыми охлаждающими стержнями, напечатанными на 3D-принтере.

Эти охлаждающие стержни были напечатаны с помощью технологии прямой печати металлом (DMP ) компанией  3D Systems .  За свой вклад в успешное обновление эксперимента компания 3D Systems была удостоена награды LHCb Industry Award 2019.

Рассматриваемые детали являются частью трекера LHCb SciFi, который является субдетектором в основном эксперименте LHCb. Это устройство используется, чтобы показать путь частицы.

Эксперимент предъявлял особые требования к производимым компонентам, такие как ограничения по размеру, потребность в тепловом рассеянии, плоскостность, однородность температуры по длине полосы. AM был выбран как решение, которое наилучшим образом удовлетворяет эти потребности для поддержания эффективности и разрешающей способности оборудования детектора.

Одно из основных требований заключалось в том, чтобы стержни имели определенную толщину между каналом охлаждающей жидкости и охлаждаемой поверхностью.  Учитывая длину каждого стержня, традиционная обработка была невозможна.

DfAM и постобработка

Разработав идеальную планку охлаждения в САПР и создав модель, команда инженеров быстро осознала, что сложность детали недостижима при традиционном производстве. Однако они также знали, что решение AM не обеспечит деталь в форме сетки, которая могла бы удовлетворить требования. И поэтому для этой задачи был создан рабочий процесс, ориентированный на AM, и они помогли разработать его с помощью 3D Systems .

«Из нескольких возможных компаний мы выбрали 3D Systems, потому что мне казалось, что инженеры, работающие там, действительно способны преобразовать наш дизайн во что-то, что можно производить», - сказал Антонио Пеллегрино, руководитель проекта трекера SciFi. CERN специально обратилось в Центр инноваций для клиентов (CIC) 3D Systems в Лёвене, Бельгия. Персонал CIC смог дать рекомендации по стратегии дизайна, ориентации печати, а также предложил стратегию очистки деталей. Детали имеют охлаждающие каналы, которые могут оказаться препятствием для удаления неиспользованных порошков. Тем не менее, компания 3D Systems смогла назначить протокол очистки, чтобы обеспечить тщательное удаление материала из деталей.

Благодаря сотрудничеству с 3D Systems инженеры CERN смогли напечатать герметичные охлаждающие стержни с требуемой толщиной 0,25 мм с использованием материала сплава LaserForm TiGr23.

Кроме того, финальная часть соответствовала требованиям к плоскостности (50 микрон на 263 мм), что было достигнуто с помощью 3D Systems, рекомендовавшей вертикальную ориентацию сборки.

В целом команде CERN потребовалось изготовить более 300 таких прецизионных деталей, и благодаря повторяемости процесса и вкладу партнеров-производителей они смогли получить необходимое количество.

Источник