Ускорение научных исследований с помощью 3D-печати в ЦЕРНе

Приглашаем вас на экскурсию в Центр европейской ядерной исследовательской организации (ЦЕРН), где передовые ученые мира используют 3D-печать для поддержки своих революционных исследований.

Для начала небольшое введение: ЦЕРН (французская аббревиатура от Европейская организация по ядерным исследованиям) - это международная научная организация, расположенная на границе Франции и Швейцарии недалеко от Женевы. Основанная в 1954 году, ЦЕРН сосредоточена на изучении взаимодействия элементарных частиц. Наиболее известна она благодаря Большому адронному коллайдеру (БАК), масштабному кольцевому ускорителю, расположенному на глубине 100 метров под землей и имеющему общую протяженность 27 километров. БАК используется для проверки различных теорий частичной физики через столкновения частиц. И, кстати, планы на постройку еще более масштабного устройства уже замечены…

ЦЕРН – Большой адронный коллайдер

Это место, где происходят великие открытия. Здесь проводились эксперименты, которые принесли своим авторам Нобелевские премии, включая подтверждение существования бозона Хиггса. Однако, деятельность ЦЕРН выходит за рамки чисто физических исследований: например, именно здесь был создан протокол Всемирной паутины, который мы используем каждый день. Кроме того, ЦЕРН вносит значительный вклад в медицинские инновации благодаря передовым технологиям и знаниям.

Работать здесь - это как погрузиться в мир удивительных открытий. Более 12 000 человек трудятся на этой территории, и в некоторых местах, чтобы перекусить, вам действительно придется пересечь государственную границу. Мы провели четыре дня здесь, изучая их научные исследования и, в частности, изучая, как они используют принтеры Original Prusa. Фактически, у нас было столько для изучения, что мы могли бы провести здесь и несколько недель. Это было невероятное путешествие, которым руководил Джо. Мы даже провели семинар по 3D-печати, открытому программному обеспечению и разработке материалов.

ЦЕРН поддерживает инициативы Открытой науки, так что, если вы ищете приключения, вы можете посетить его и увидеть все своими глазами. Но с нами вы получите дополнительный взгляд за кулисы.

Бесконечные возможности

Для достижения целей в изучении секретов вселенной, ЦЕРН использует уникальный арсенал специализированных инструментов, которые часто создаются на заказ. Во время нашего визита мы изучили огромные мастерские, где различные материалы, от обычных металлов до редких элементов, были тщательно обработаны. Инженеры применяют различные технологии: от станков с числовым программным управлением до литья металлов и травления кислотой, чтобы создавать точные формы без потери прочности материала.

Особый интерес вызвала коллекция крупных станков с ЧПУ и металлических 3D-принтеров, используемых для создания титановых компонентов. Мы познакомились с инженером, который разделял нашу страсть к технологиям и объяснил, как ученые предлагают ему свои творческие идеи для воплощения в жизнь.

ЦЕРН – CMS эксперимент

"Самое интересное - когда ученые бросают мне вызов и просят сделать их безумные концепции реальностью. Это и приносит удовлетворение, и доставляет много удовольствия", - улыбается инженер, программируя станок с ЧПУ для создания крупного алюминиевого соединителя труб.

Маленькие, но важные инструменты

"Мы много используем 3D-печать", - говорит Йонас, инженер-мехатроник в ЦЕРНе. "Это не только для тестирования, мы также используем ее для создания деталей, которые напрямую идут в туннели Большого адронного коллайдера".

Их работа критически важна для БАК: поскольку кольцо находится на глубине 100 метров под землей и протянуто на 27 километров, сохранение его идеальной оси для экспериментов - непростая задача. Движения Земли могут повлиять на его точность, поэтому Йонас помогает поддерживать его в строю.

"Мы создаем датчики, системы управления и ускорители для измерения и корректировки положения больших магнитов, чтобы убедиться, что они находятся в идеальном положении", - объясняет Йонас.

ЦЕРН

Прекрасный пример - это бусина: она может показаться простой, но у нее очень важная функция. Она несет хрупкий провод, используемый для измерения расстояний в критической части БАК, и должна это делать на всем протяжении 200 метров по каждой стороне четырех экспериментов, не повреждая провод. Это довольно сложная задача, и Йонасу потребовалось много времени и попыток, чтобы все сделать правильно. Но благодаря 3D-печати у Йонаса теперь есть идеальный инструмент.

Множество оборудования использует хрупкие оптоволокна. Маленькие, но умные 3D-напечатанные корпуса и направляющие помогают защитить провода. Посмотрите на этот модуль фотодетекции FSI:

3D-напечатанная деталь направляет оптоволокна в аккуратные катушки. Слишком крутые изгибы могут привести к трещинам в стеклянном волокне и повредить сигнал.

3D-печать является важным инструментом для Йонаса, особенно на этапе тестирования. Команда должна убедиться, что их инструменты работают надежно, прежде чем использовать более дорогие материалы. Однако иногда 3D-напечатанные модели даже становятся конечным продуктом.

Это начальная модель тестирования изготовления датчика ГСВ (гидростатической системы выравнивания) из металла. Йонас исследовал возможность возможности 3D-печати детали из металла и сократить затраты на производство.

Еще один пример - это прототип соединителя между двумя датчиками системы позиционирования провода (Wire Positioning System, WPS).

Перед тем как мы опубликуем эту статью, Йонас несколько раз обновил дизайн...

Шаг в IdeaSquare

Еще одно место, которое сильно полагается на 3D-печать, - это IdeaSquare ЦЕРНа. Это мастерская, посвященная связи общества с наукой, и здесь молодые умы могут быть креативными, так же как и ученые в ЦЕРНе. Там мы встретили Дину Циммерманн, структурного инженера из Норвегии, ответственного за создание прототипов. Она показала нам, как 3D-печать оказывает реальное влияние на различные эксперименты.

Наши предыдущие статьи: 

Amazon Cars: Восстановление классических автомобилей Volvo с помощью 3D-печати

Спутниковые колеса: космическое будущее 3D-печати

Батареи для электромобилей: взгляд в будущее с помощью 3D сканирования