Vzdělávání · Výzkum
“3D tisk umožňuje vědcům a inženýrům rychle vytvářet prototypy a posouvat hranice možného.”
DZDina ZimmermannStavební inženýrka v IdeaSquare, CERN
CERN
Celý příběhCERN ve třech číslech
CERN – Evropská organizace pro jaderný výzkum s 12 000 zaměstnanci, která v Ženevě od roku 1954 studuje i z a pomoci Velkého hadronového urychlovače částice, které tvoří hmotu . Tiskárny Original Prusa jsou využívány napříč jednotlivými odděleními a některé jejich výtisky se používají přímo v tunelu urychlovače.
- 12,000+people at CERN
- 27 kmthe LHC ring
- 100 munderground
27 kmprstenec LHC · 100 m pod zemí
Udržet ho v rovině je náročné kvůli pohybům samotné Země, navíc v tomto měřítku musí být všechny součásti vyrobeny na zakázku.
27kilometrový urychlovač, který se pohybuje spolu se Zemí
- ProblemVelký hadronový urychlovač je umístěn 100 metrů pod zemí, rozprostírá se na ploše 27 kilometrů a musí zůstat dokonale zarovnán, aby experimenty měly smysl. Pohyby samotné Země tomu však brání. [3D Printing Now 01/2024, str. 26] „Díky rozsahu a složitosti LHC je přirozené, že vše musí být vyrobeno na zakázku.“ [str. 26]
- SolutionInženýři CERNu navrhují a vyrábějí senzory, řídicí systémy a urychlovače, které měří a upravují polohy velkých magnetů. 3D tisk se používá nejen pro testování, ale i pro díly, které jsou instalovány přímo v tunelech LHC. [str. 26] Tiskárny se nenacházejí v jedné centralizované laboratoři; při návštěvě zaměstnanců Prusa byly umístěny napříč odděleními, od údržby a IT až po výzkumná zařízení. [blog]
- ValueVýhody lze vyjádřit jednoduše – „díky 3D tištěným modelům používaným přímo v LHC se snižují náklady“ a „3D tisk zrychluje výrobu dílů pro extrémní prostředí“. [str. 27]
“3D tisk využíváme často. Nejen pro testování, ale také pro výrobu dílů, které jdou přímo do tunelů Velkého hadronového urychlovače.”
Jonas Kampp, mechatronický inženýr v CERNu (blog Prusa)
A bead that carries a wire for 200 metres
- ProblemVzdálenosti v kritické části LHC jsou měřeny křehkým drátem o délce 200 metrů – na každé straně čtyř experimentů. Většina ostatního vybavení běží na křehké optické vlákna, kde příliš ostrý ohyb praskne sklo uvnitř a zničí signál. [str. 26–27; blog]
- SolutionKulička vyrobená na 3D tiskárně Original Prusa nese drát a chrání ho před poškozením [str. 26] – trvalo to hodně času a mnoho pokusů, než se to podařilo [blog]. Kolem ní tištěné kryty a vodítka chrání optiku: fotodetekční modul FSI má tištěnou součástku, která organizuje optická vlákna do úhledných cívek, takže se nikdy ostře neohnou. [str. 27]
- ValueNejedná se o modely dílů. Jsou to díly, v tunelu, provádějící měření – tištěné, protože v tomto měřítku je stejně všechno jednorázové. [str. 26]
Test it in plastic before you commit the expensive material
- ProblemNástroj pro LHC musí být prokázán jako spolehlivý předtím, než se na něj použije drahý materiál – a v CERNu může být drahý materiál celým smyslem experimentu. [str. 27]
- SolutionVytiskněte test. Prototyp pro senzor hydrostatického nivelačního systému byl vyroben za účelem prozkoumání, zda by díl mohl být vytištěn z kovu a sníženy výrobní náklady [str. 27; blog]. Prototyp konektoru mezi dvěma senzory systému pro polohování drátu šel stejnou cestou – a byl několikrát přepracován, než byl článek vůbec publikován. [str. 27; blog] Tištěné konektory trubek jsou vyráběny na zakázku a zůstávají snadno modifikovatelné – vlastnost, kterou obráběný díl ztrácí v okamžiku, kdy vznikne. [str. 27, popisek fotografie]
- Value„Často se tyto tištěné modely používají i jako finální produkty.“ Pole s výhodami dodává druhou polovinu: snižuje spotřebu drahého materiálu při testování prototypů a rychle vyrábí prototypy pro konečné použití pro vysoce rizikové projekty. [str. 27]
Changing the sample without turning the beam off
- ProblemCERNův akcelerátor CLEAR zaměřuje radiační paprsek na rakovinné buňky, aby ušetřil zdravou tkáň kolem nich. Experiment vyžaduje rychlou výměnu ozářených vzorků – a s radiací v místnosti je na prvním místě lidská bezpečnost, takže nikdo nemůže jednoduše vejít a provést to. [str. 27; blog] Projekt VITO má stejný problém v jiné podobě: kapalné vzorky v prostředí vysokého vakua, kde otevření a zavření zařízení pro změnu jednoho stojí čas. [str. 27; blog]
- SolutionV IdeaSquare – dílně, kde mladé mysli pracují po boku zkušených vědců – 3D tištěné robotické řešení vyměňuje vzorky bez přerušení paprsku a samotné krabice na vzorky jsou tam tištěny. [str. 27; blog] Pro VITO speciální držák a 3D tištěná 8mm kapilára umožňují výměnu vzorků bez zastavení experimentu. Kapilára je tištěna z pryskyřice na Original Prusa SL1. [str. 27; blog]
- ValueThe beam keeps running, the people stay out of the room, and the experiment stops waiting for its own housekeeping. [p27]
“3D printing allows scientists and engineers to quickly create prototypes and push the boundaries of what’s possible,”
Dina Zimmermann, Structural engineer at IdeaSquare, CERN
Could your lab print the part instead of waiting for it?
Tell us what you are building. We will come back with the machines, the materials and the parts other research groups print first.
Still not sure where 3D printing fits your classroom?
See what other companies print — a classroom, a hangar, a car plant, a transplant clinic.
Customer story — ETH Zurich
Every one of ETH Zurich’s 100+ printers was built by a student
The architecture department’s HYTAC programme trains 300+ students a term, and each of them assembles an Original Prusa kit in two days before printing anything. It started as a maintenance problem: the university could fund the machines, but not the people to keep them running.
- 100+Original Prusa printers
- 300+students trained per term
- 20printers replaced each year
“I can’t imagine a world without 3D printing. It just wouldn’t work!”
1 / 4
Your team’s questions, answered
What engineering, quality and procurement usually ask before the first print.
Manufacturing Engineer
Tooling / production
R&D Engineer
Materials / durability
Quality / Traceability Engineer
Quality assurance
Maintenance Technician
Spares / repairs
Procurement Lead
Purchasing