CERN采用增材制造技術(shù)開發(fā)輕質(zhì)換熱器，服務(wù)于高能物理探測領(lǐng)域

2022年8月2日，南極熊獲悉，作為AHEAD項(xiàng)目的一部分，歐洲粒子撞擊探測機(jī)構(gòu)（CERN）將繼續(xù)投資開發(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)開發(fā)了智能管道技術(shù)。

△智能管道。（圖片來源：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，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，將新型換熱器開發(fā)到更高的技術(shù)就緒水平，并最終為市場做好準(zhǔn)備。

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

雖然這項(xiàng)技術(shù)起源于高能物理探測器，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�。―MP）技術(shù)來制造用于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，平整度以及帶材長度的溫度均勻性。增材制造被選為最能滿足保持探測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)棒材的長度，傳統(tǒng)上不可能進(jìn)行加工。

最終，CERN工程師通過與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。