研究

Weerg 3D打印部件在KM3NeT空间粒子项目中帮助打开了宇宙的窗口

一个国际项目正在对我们宇宙的组成部分进行研究,3D打印在解开迄今为止全球科学家都没有找到的答案方面发挥着重要作用。

立方千米中微子望远镜(KM3NeT)项目在过去十年的大部分时间里一直很活跃,试图探索来自宇宙的中微子粒子向地球的行为,从而回答围绕宇宙射线、粒子加速器甚至黑洞的长期问题。

现在,3D打印技术通过帮助在地中海最深处建立一个研究基础设施,将下一代的中微子望远镜安装在一立方公里的范围内,从而使该项目成为现实。Nikhef,荷兰国家亚原子物理研究所和KM3NeT项目的先锋,转向意大利3D打印和CNC服务提供商Weerg使用HP Multi-Jet Fusion(MJF)5210 3D打印机为基础设施提供重要组件。

Nikhef的爱德华·贝比(Edward Berbee)说:“我们从2013年起就一直在从事这一项目,多年来我们联系了大约50家不同的供应商。”。“最初,3D打印的价格是不可行的,然后我们找到了一个价格合理的供应商,但他只能将组件分为两个部分,然后我们必须粘合。这个解决方案肯定不是最优的,因此我们继续分析新技术,直到我们发现HP Multi-printing的有趣性能喷气聚变系统。

“当我们在考虑像我们这样的研究机构是否应该购买该系统时,我们看到了一篇文章宣布Weerg的破纪录安装惠普3D打印机。”

Weerg通过惠普的MJF 3D打印技术为KM3NeT项目制作的3D打印球体。通过Weerg照片
Weerg通过惠普的MJF 3D打印技术为KM3NeT项目制作的3D打印球体。通过Weerg照片。

HP MJF 3D打印技术

惠普进入3D打印行业2014年底,该公司推出了MJF技术,并在不到两年的时间里将第一台机器商业化。从那以后,该公司一直在努力加速采用其MJF技术并在全球范围内发布了开放材料平台加快新材料的创造和改进。

MJF使用喷墨阵列在尼龙粉床上涂上熔化和细化剂,当加热时,尼龙粉被熔化成固体层。结合粉的过程提供了更大的各向同性材料性能,更快的建造速度,并节省制造成本。迄今为止,通过MJF已经生产了超过5000万个零部件。

惠普推出了5200台MJF 3D打印机到2019年中期,该公司的目标是批量生产,其精度和重复性堪比注塑。该公司还发布了新的柔性聚氨酯MJF,确认了新的行业联盟,并介绍了其数字制造网络

最近,惠普在去年的Formnext Connect上宣布三柱发射包括一个新的软件解决方案HP Universal Build Manager,由总部位于西雅图的软件公司提供动力Dyndrite,以及它的新HP 3D工厂服务帮助客户实施他们的生产过程和它的HP自动拆箱站,与美国合作发展罗斯勒集团我的解决方案该公司还透露,已与德国特种化学品公司合作,为其MJF技术开发了一种新的可打印热塑性弹性体evonik

数字光模块(DOMs)是如何构造的渲染图。通过Weerg形象。

KM3NeT 3D打印数字光模块

中微子是构成宇宙的最丰富的基本粒子之一,但它们也是人们了解最少的粒子之一。我们所知道的是,中微子不带电荷,因此得名,而且它们的静止质量非常小,以至于长期以来被认为是零。KM3NeT的目标是开启对这些神秘粒子的研究,从而帮助我们了解宇宙射线的来源以及粒子加速器在宇宙中是如何工作的。

为了实现这一目标,KM3NeT由足球大小的玻璃球组成,称为数字光模块(DOMs),每个模块都装有31个光电管。这些球体将被固定在海床上,排成数百排,长约一公里,使光电管能够探测到来自中微子和地球碰撞的带电粒子在深海发出的微弱光。通过这种方法,科学家们将能够从遥远的天体物理源,如超新星——强大而明亮的恒星爆炸——伽马射线和碰撞恒星中寻找中微子。

Nikhef利用Weerg的3D打印服务生产DOMs的一个重要组件,称为半球,尺寸为380毫米,使用HP MJF 5210 3D打印机打印。

Weerg的总经理Francesco Zanardo说:“第一批订单大约在两年前就到了,从那以后,合作就一直定期进行,甚至越来越频繁地进行。”“到目前为止,我们已经生产了大约300个这样的球体,它们的特殊之处在于可以用惠普系统打印出最大尺寸的球体。”

由于尼龙PA12的刚性和耐油性、润滑脂和碳氢化合物的化学性能,这些球被印刷在尼龙PA12中。该材料还吸收很少的湿度,以确保几乎在任何环境条件下的高性能。Weerg还使用其HP MJF机器为该项目打印了几个较小的、未公开的组件。

将安装在海底的3D打印DOM球体的渲染图。图像通过Weerg
将安装在海底的3D打印DOM球体的渲染图。通过Weerg形象。

KM3NeT项目在未来几年内完成后,将在法国、意大利和希腊海岸的三个位置的海底安装6000多个球体。Weerg的一些3D打印组件已经就位,并在法国土伦附近的现场使用,目前有108个球体在运行。到2004年4月l今年,意大利西西里岛附近的场地将安装90台机组。

扎纳尔多补充说:“我们很自豪能被尼克海夫选择来为这个项目的实现做出贡献,尽管是以一种微小的方式。”“我们得到认可的价值在于,我们可以非常容易地制造这些组件,从世界任何地方在线上传文件,几天内就能在欧洲各地收到订单,并保证合规和质量。”

KM3NeT项目将于2024年在法国沿海完成,2026年在意大利沿海完成。在法国,基础设施将探测宇宙射线与地球大气相互作用产生的低能中微子,而在意大利基地,研究将集中在遥远恒星最终作用产生的超新星产生的中微子。

国际项目KM3NeT是位于地中海最深处的一个研究基础设施,将容纳下一代中微子望远镜。
国际项目KM3NeT是位于地中海最深处的一个研究基础设施,将容纳下一代中微子望远镜。

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特色的图像显示国际项目KM3NeT是地中海最深处的一个研究基础设施,将容纳下一代中微子望远镜。通过Weerg形象。