3D SYSTEMS E IL CERN COLLABORANO PER STAMPARE IN 3D COMPONENTI DI RAFFREDDAMENTO IN TITANIO PER IL LARGE HADRON COLLIDER
Il produttore di stampanti 3D 3D Systems ha collaborato con l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, il CERN e l’Istituto nazionale olandese di fisica subatomica, Nikhef , per i componenti di raffreddamento della stampa 3D per il Large Hadron Collider (LHC).
In particolare, l’ anno scorso i partner hanno utilizzato il sistema PBF DMP Flex 350 dell’azienda per stampare una serie di barre fredde in titanio personalizzate da utilizzare negli esperimenti di rilevamento delle particelle, componenti che altrimenti sarebbero impossibili da produrre. A testimonianza dei suoi contributi, alla fine del 2019 3D Systems ha ricevuto anche il LHCb Industry Award.
L’LHC è il più grande acceleratore di particelle al mondo e viene utilizzato dal CERN per studiare le collisioni di particelle ad alta energia. Si estende per 27 km di lunghezza e consente di effettuare osservazioni di collisione in quattro punti di intersezione del raggio, ciascuno dei quali contiene rilevatori avanzati di particelle di grandi dimensioni.
Nella parte di rilevamento dell’esperimento LHC beauty (LHCb), in particolare, una sottile striscia di rivelatore di fotoni lunga 140 m deve essere raffreddata a -40 ° C per preservare la reazione abbastanza a lungo da poter essere studiata. Questa striscia ha una larghezza inferiore a 2 mm e richiede barre di raffreddamento in titanio per eseguire il 100% dell’azione di raffreddamento necessaria. Visto che le barre dovevano dissipare una grande quantità di calore in modo uniforme in uno spazio molto limitato, la precisione e l’efficienza del loro design era della massima importanza.
Il progetto inizialmente proposto era ritenuto impossibile da produrre utilizzando metodi convenzionali. Per massimizzare l’efficienza, le barre necessitavano di materiale minimo tra il refrigerante all’interno e la superficie esterna, quindi uno spessore della parete di 0,25 mm era fondamentale. Sfortunatamente, questa specifica si è rivelata troppo difficile da lavorare per una barra di 263 mm di lunghezza.
Dopo un’intensa fase di tentativi ed errori, il CERN si è infine rivolto a 3D Systems e alla sua tecnologia di produzione additiva in metallo. Antonio Pellegrino, Project Lead al CERN nell’ambito dell’esperimento LHCb, afferma: “Tra poche aziende possibili, abbiamo scelto 3D Systems perché mi sembrava che gli ingegneri fossero in grado di trasformare effettivamente il nostro progetto in qualcosa che potesse essere prodotto. “
Lavorando con gli ingegneri delle applicazioni di 3D Systems, il team del CERN ha modificato i progetti delle barre per renderli stampabili in 3D, il tutto mantenendo la loro precisa funzionalità. Alla fine è stato raggiunto uno spessore della parete di 0,25 mm, nonché una geometria a tenuta stagna realizzata con la polvere LaserForm Ti Gr23 ad alta resistenza di 3D Systems . Il progetto finale comprendeva componenti A e B speculari saldati insieme e che richiedevano un assemblaggio manuale minimo. Le barre sono state anche riprogettate per presentare canali di raffreddamento paralleli, garantendo la rimozione della polvere al 100% durante la post-elaborazione.
Sulla base dei risultati di una serie di stress test, i partner si aspettano che i bar durino almeno dieci anni. Questa cifra è ulteriormente rafforzata dal fatto che i componenti non hanno richiesto quasi alcun assemblaggio e sono stati creati in una forma ottimizzata utilizzando un materiale.
