La impresión 3D afecta la aplicación de la tecnología cuántica

La integración de la estructura se puede lograr a través de la impresión 3D, eliminando la necesidad del diseño original de la junta de vacío, integrando funciones y reduciendo el tamaño de los componentes de vacío, reduciendo el peso y aumentando la potencia. Este es el beneficio de los componentes de vacío impresos en 3D para aplicaciones de tecnología cuántica

Anteriormente, la idea de fabricar componentes de vacío mediante impresión 3D era difícil de lograr debido a problemas con la porosidad y la resistencia mecánica de las piezas fabricadas con tecnología de impresión 3D de fusión de metal en lecho de polvo. Sin embargo, los últimos desarrollos en la tecnología de impresión 3D de fusión de metales en lecho de polvo han avanzado la capacidad del proceso para cumplir con los requisitos de densidad y propiedades mecánicas. Gracias a estos avances, la tecnología de impresión 3D a través de la fusión de metales en lecho de polvo ha comenzado a abordar componentes clave en muchos campos. El diseño y la fabricación tienen un impacto profundo.

Después de fabricar este módulo de vacío integrado, los científicos lo aplicaron en un entorno de presión ultra alta para crear una cámara de vacío que puede acomodar presiones extra altas, proporcionando el rendimiento necesario para capturar nubes atómicas frías. Los átomos se enfrían y se mantienen en su lugar mediante una combinación de rayo láser y campo magnético.

Para hacer que los componentes de vacío sean lo más livianos posible, los científicos han mejorado la geometría de sus puertos, minimizando el espacio entre ellos y agregando una capa interna delgada para acomodar el UHV. Además, se mantiene la simetría del diseño de la cámara, lo que garantiza que el puerto permanezca perpendicular a la trayectoria del rayo láser, lo que ayuda a minimizar las pérdidas de transmisión óptica.

Todo el proceso es una de las aplicaciones de fabricación aditiva más fascinantes, originales y mejores de su clase hasta la fecha. Al igual que con todos los sistemas de intercambio de calor fabricados mediante impresión 3D, el diseño del conjunto de vacío contiene una estructura de celosía que aumenta la relación entre el área de la superficie externa y el volumen de la cámara y contribuye a la disipación del calor. El diseño final de la cámara es compatible con el equipo de vacío ultra alto UHV estándar. 

Además de la cámara, Added Scientific ha desarrollado un inserto formador de bobina magnética con un canal incorporado refrigerado por agua para explorar las ventajas de la fabricación aditiva.

El conjunto de vacío se produce utilizando una aleación de aluminio AlSi10Mg (la aleación de aluminio más utilizada en la fabricación aditiva) debido a su alta resistencia específica 3 y baja densidad. Además del tratamiento térmico típico, Added Scientific también utiliza un tratamiento térmico de "envejecimiento" separado para aumentar la resistencia del material.

Otra consideración es la superficie rugosa de las piezas fabricadas con la tecnología de impresión 3D de fusión de metal en lecho de polvo de PBF. Para aplicaciones UHV, se cree que el área de superficie aumentada aumenta la probabilidad de desgasificación. Sin embargo, después de extensas pruebas, el equipo descubrió que el rango de temperatura de funcionamiento aceptable alcanzaba los 400 ° C incluso sin una mayor optimización del material y la capa protectora.

Para las aplicaciones de tecnología cuántica, las ventajas de los componentes de vacío impresos en 3D son obvias. La calidad del prototipo MOT fabricado por Added Scientific es de 245 gramos, un 70% más ligero que el equivalente de acero inoxidable disponible comercialmente.

Esto le ahorra al equipo de investigación una gran cantidad de valioso espacio de laboratorio y un paso importante hacia la portabilidad de los dispositivos futuros. En principio, si la cámara está integrada en un sistema especialmente diseñado y optimizado, la cámara puede hacerse más pequeña.

Con el deseo de la tecnología cuántica y la rápida madurez de los mercados relacionados, el desarrollo de la capacidad de los componentes de la cámara de vacío integrados con las estructuras de impresión 3D apoyará en gran medida el Programa Nacional de Tecnología Cuántica del Reino Unido y el compromiso del gobierno de desarrollar la industria de la tecnología cuántica en el Reino Unido. .

A largo plazo, es probable que la tecnología de impresión 3D impulse la revolución en el diseño de sistemas de vacío. La introducción de tecnología de fabricación aditiva en el sistema de vacío obviamente afectará la aplicación de la tecnología cuántica portátil y también puede afectar al mundo científico e industrial en general. Al mismo tiempo, este sistema de vacío de alta complejidad demuestra claramente las ventajas de la tecnología de impresión 3D en la fabricación de cualquier sistema complejo.

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