La stampa 3D influisce sull'applicazione della tecnologia quantistica

L'integrazione della struttura può essere ottenuta tramite la stampa 3D, eliminando la necessità del design originale del giunto del vuoto, integrando le funzioni e riducendo le dimensioni dei componenti del vuoto, riducendo il peso e aumentando la potenza. Questo è il vantaggio dei componenti del vuoto stampati in 3D per le applicazioni della tecnologia quantistica

In precedenza, l'idea di produrre componenti per il vuoto mediante la stampa 3D era difficile da realizzare a causa di problemi con la porosità e la resistenza meccanica delle parti realizzate con la tecnologia di stampa 3D con fusione di metallo a letto di polvere. Tuttavia, gli ultimi sviluppi nella tecnologia di stampa 3D con fusione dei metalli a letto di polvere hanno migliorato la capacità di processo per soddisfare i requisiti di densità e proprietà meccaniche. Grazie a questi progressi, la tecnologia di stampa 3D attraverso la fusione del metallo a letto di polvere ha iniziato ad affrontare componenti chiave in molti campi. Il design e la produzione hanno un impatto profondo.

Dopo aver prodotto questo modulo del vuoto integrato, gli scienziati lo hanno applicato in un ambiente ad altissima pressione per creare una camera a vuoto in grado di ospitare pressioni molto elevate, fornendo le prestazioni necessarie per catturare le nuvole atomiche fredde. Gli atomi vengono raffreddati e tenuti in posizione da una combinazione di raggio laser e campo magnetico.

Per rendere i componenti del vuoto il più leggeri possibile, gli scienziati hanno migliorato la geometria delle loro porte, riducendo al minimo lo spazio tra di loro e aggiungendo una sottile pelle interna per accogliere l'UHV. Inoltre, viene mantenuta la simmetria del design della camera, garantendo che la porta rimanga perpendicolare al percorso del raggio laser, il che aiuta a ridurre al minimo le perdite di trasmissione ottica.

L'intero processo è una delle applicazioni più affascinanti, originali e migliori della produzione additiva fino ad oggi. Come con tutti i sistemi di scambio termico prodotti dalla stampa 3D, il design del gruppo del vuoto contiene una struttura reticolare che aumenta il rapporto tra superficie esterna e volume della camera e contribuisce alla dissipazione del calore. Il design della camera finale è compatibile con le apparecchiature per vuoto ultra alto standard UHV. 

Oltre alla camera, Added Scientific ha sviluppato un inserto per la formazione di bobine magnetiche con un canale raffreddato ad acqua integrato per esplorare i vantaggi della produzione additiva.

Il gruppo del vuoto è prodotto utilizzando la lega di alluminio AlSi10Mg (la lega di alluminio più comunemente utilizzata nella produzione additiva) a causa della sua elevata resistenza specifica 3 e bassa densità. Oltre al tipico trattamento termico, Added Scientific utilizza anche un trattamento termico separato di "invecchiamento" per aumentare la resistenza del materiale.

Un'altra considerazione è la superficie ruvida delle parti realizzate con la tecnologia di stampa 3D a fusione di metallo a letto di polvere PBF. Per le applicazioni UHV, si ritiene che l'aumento della superficie aumenti la probabilità di degassamento. Tuttavia, dopo approfonditi test, il team ha scoperto che l'intervallo di temperatura operativa accettabile ha raggiunto i 400 ° C anche senza un'ulteriore ottimizzazione del materiale e dello strato protettivo.

Per le applicazioni della tecnologia quantistica, i vantaggi dei componenti del vuoto stampati in 3D sono evidenti. La qualità del prototipo MOT realizzato da Added Scientific è di 245 grammi, il 70% più leggero dell'equivalente in acciaio inossidabile disponibile in commercio.

Ciò consente al team di ricerca di risparmiare molto spazio prezioso in laboratorio e un passo importante verso la portabilità dei dispositivi futuri. In linea di principio, se la camera è integrata in un sistema appositamente progettato e ulteriormente ottimizzato, la camera può essere ridotta.

Con il desiderio di tecnologia quantistica e la rapida maturità dei mercati correlati, lo sviluppo della capacità dei componenti della camera a vuoto integrati con le strutture di stampa 3D supporterà notevolmente il National Quantum Technology Program del Regno Unito e l'impegno del governo per lo sviluppo dell'industria della tecnologia quantistica nel Regno Unito .

A lungo termine, è probabile che la tecnologia di stampa 3D guidi la rivoluzione nella progettazione dei sistemi per il vuoto. L'introduzione della tecnologia di produzione additiva nel sistema del vuoto influenzerà ovviamente l'applicazione della tecnologia quantistica portatile e potrebbe anche influenzare il più ampio mondo scientifico e industriale. Allo stesso tempo, questo sistema di vuoto altamente complesso dimostra chiaramente i vantaggi della tecnologia di stampa 3D nella produzione di qualsiasi sistema complesso.

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