A impressão 3D afeta a aplicação da tecnologia quântica

A integração da estrutura pode ser alcançada por meio da impressão 3D, eliminando a necessidade do projeto original da junta a vácuo, integrando funções e reduzindo o tamanho dos componentes do vácuo, reduzindo o peso e aumentando a potência. Este é o benefício dos componentes de vácuo impressos em 3D para aplicações de tecnologia quântica

Anteriormente, a ideia de fabricar componentes a vácuo por impressão 3D era difícil de alcançar devido a problemas com a porosidade e resistência mecânica das peças feitas pela tecnologia de impressão 3D de fusão de metal em leito de pó. No entanto, os mais recentes desenvolvimentos na tecnologia de impressão 3D para fundição de metal em leito de pó aumentaram a capacidade do processo para atender aos requisitos de densidade e propriedades mecânicas. Graças a esses avanços, a tecnologia de impressão 3D por meio da fusão de metal em pó começou a abordar componentes-chave em muitos campos. O design e a fabricação têm um impacto profundo.

Depois de fabricar este módulo de vácuo integrado, os cientistas o aplicaram em um ambiente de ultra-alta pressão para criar uma câmara de vácuo que pode acomodar pressões extra-altas, fornecendo o desempenho necessário para capturar nuvens atômicas frias. Os átomos são resfriados e mantidos no lugar por uma combinação de feixe de laser e campo magnético.

Para tornar os componentes do vácuo o mais leves possíveis, os cientistas aprimoraram a geometria de suas portas, minimizando o espaço entre elas e adicionando uma camada interna fina para acomodar o UHV. Além disso, a simetria do projeto da câmara é mantida, garantindo que a porta permaneça perpendicular ao caminho do feixe do laser, o que ajuda a minimizar as perdas de transmissão óptica.

Todo o processo é uma das mais fascinantes, originais e melhores aplicações de manufatura aditiva até hoje. Tal como acontece com todos os sistemas de troca de calor fabricados por impressão 3D, o design do conjunto de vácuo contém uma estrutura de treliça que aumenta a área de superfície externa para a relação de volume da câmara e contribui para a dissipação de calor. O projeto da câmara final é compatível com o equipamento de ultra-alto vácuo UHV padrão. 

Além da câmara, a Added Scientific desenvolveu um inserto formador de bobina magnética com um canal refrigerado a água embutido para explorar as vantagens da manufatura aditiva.

A montagem a vácuo é produzida com liga de alumínio AlSi10Mg (a liga de alumínio mais comumente usada na fabricação de aditivos) devido à sua alta resistência específica 3 e baixa densidade. Além do tratamento térmico típico, a Added Scientific também usa um tratamento térmico de "envelhecimento" separado para aumentar a resistência do material.

Outra consideração é a superfície áspera das peças feitas pela tecnologia de impressão 3D de fusão de metal de leito de pó PBF. Para aplicações UHV, acredita-se que a área de superfície aumentada aumenta a probabilidade de liberação de gás. No entanto, após testes extensivos, a equipe descobriu que a faixa de temperatura operacional aceitável atingiu 400 ° C, mesmo sem otimização adicional do material e da camada protetora.

Para aplicações de tecnologia quântica, as vantagens dos componentes de vácuo impressos em 3D são óbvias. A qualidade do protótipo MOT feito pela Added Scientific é 245 gramas - 70% mais leve do que o equivalente de aço inoxidável disponível comercialmente.

Isso economiza muito espaço valioso do laboratório para a equipe de pesquisa e é um passo importante para a portabilidade de dispositivos futuros. Em princípio, se a câmara for integrada em um sistema especialmente projetado e otimizado, a câmara pode ser reduzida.

Com o desejo de tecnologia quântica e o rápido amadurecimento dos mercados relacionados, o desenvolvimento da capacidade de componentes de câmara de vácuo integrados com estruturas de impressão 3D apoiará enormemente o Programa Nacional de Tecnologia Quântica do Reino Unido e o compromisso do governo de desenvolver a indústria de tecnologia quântica no Reino Unido .

No longo prazo, a tecnologia de impressão 3D provavelmente conduzirá a revolução no design de sistemas a vácuo. A introdução da tecnologia de manufatura aditiva no sistema de vácuo obviamente afetará a aplicação da tecnologia quântica portátil e também pode afetar o mundo científico e industrial mais amplo. Ao mesmo tempo, este sistema de vácuo altamente complexo demonstra claramente as vantagens da tecnologia de impressão 3D na fabricação de qualquer sistema complexo.

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